█ 脑科学动态

新的大脑神经元“遗忘”机制

我们的大脑如何跨越音乐与音乐间的边界？

再生的感光细胞可完全恢复视力

闭环脑电刺激系统显著改善抑郁症状

电影类型偏好揭示大脑情绪反应差异

大脑纹状体中的多巴胺神经元，可以调节大脑运动与认知功能

大脑中不同类型的“爱”激活了不同的神经区域

█ AI行业动态

OpenAI“草莓”即将登场，推动下一代旗舰AI模型“Orion”发展

Google 推出Gemini 1.5 Flash和Pro的重大更新

Nous Research推出DisTrO：打破AI训练壁垒的革命性优化器

Claude.ai全新功能上线：Artifact助力创意与协作

█ AI研发动态

一种可降解且自部署的脑电极为大脑信号监测提供新方法

自动化算法ABCD在颅内脑电图数据评估中表现优于人类专家

fMRI重建整个成人生命周期的生理信号

受生物学启发的尖峰神经网络的研究进展和新范式

GPT-4 从第三人称视角模拟普通人类情感认知

脑科学动态

新的大脑神经元“遗忘”机制

西北大学D. James Surmeier等人通过深入研究大脑的纹状体神经元，发现了一种新的大脑神经元“遗忘”机制，这一发现可能对帕金森病的治疗具有重要意义。

研究团队首先分析了由一氧化氮（NO）触发的生化级联反应，重点研究了环磷酸鸟苷（cGMP）在多刺投射神经元（SPNs）中的代谢过程。他们发现，当神经元活跃时，钙离子通过Cav1.3型钙通道（CaV1.3 Ca2+ channels）进入神经元，激活了磷酸二酯酶1（PDE1），从而导致cGMP的分解，并阻止了NO引发的突触长期抑制（LTD）。这一发现表明，神经元在活跃的部分会阻止突触抑制，而在不活跃的部分则会增强抑制作用，从而支持了一种“用进废退”的机制。

进一步的研究表明，在帕金森病的鼠模型中，由于神经调节失衡导致NO信号传导受损，从而削弱了NO-LTD的发生。然而，研究团队通过重新平衡多巴胺和乙酰胆碱的水平，成功恢复了NO信号和这种突触可塑性。这一成果为帕金森病的潜在治疗策略提供了新的方向，即通过恢复NO信号通路，可能逆转由于帕金森病引起的大脑回路变化。研究发表在 Cell Reports 上。

#大脑健康 #Cell Reports #神经可塑性 #帕金森病 #突触长期抑制

阅读论文：

Zhai, Shenyu, et al. “Ca2+-Dependent Phosphodiesterase 1 Regulates the Plasticity of Striatal Spiny Projection Neuron Glutamatergic Synapses.” Cell Reports, vol. 43, no. 8, Aug. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114540..

我们的大脑如何跨越音乐与音乐间的边界？

当一个音乐乐句结束而另一个音乐乐句开始时，大脑会发生什么？芬兰于韦斯屈莱大学Iballa Burunat、Daniel Levitin、Petri Toiviainen等人，在最近的研究中探讨了人脑如何处理音乐边界（音乐中一个乐句结束和新乐句开始的点）的神经机制。

通过对18位音乐家和18位非音乐家在聆听音乐时的功能性磁共振成像（fMRI）反应进行分析，研究人员发现，当听众接近音乐边界时，大脑的后部听觉区域会为即将到来的变化做准备，而在音乐边界期间及之后，大脑的中部和前部听觉区域则会处理新信息，同时额叶区域的活动显著减少。这种动态的神经活动模式类似于我们在语言处理中解析句子的方式。

此外，研究还发现，音乐家和非音乐家在处理音乐边界时的大脑活动存在细微差异：音乐家主要依赖于专门的听觉处理回路，而非音乐家则使用更广泛的神经网络来处理音乐边界。研究发表在PNAS上。

#神经科学 #音乐边界 #听觉处理 #神经适应性 #音乐认知

阅读论文：

Burunat, Iballa, et al. “Breaking (Musical) Boundaries by Investigating Brain Dynamics of Event Segmentation during Real-Life Music-Listening.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 121, no. 36, Sept. 2024, p. e2319459121. world, www.pnas.org, https://doi.org/10.1073/pnas.2319459121.

再生的感光细胞可以完全恢复视力

由德累斯顿工业大学再生治疗中心的Michael Brand教授领导的研究团队，通过研究具备视网膜再生能力的斑马鱼，探索了再生的感光细胞是否能够恢复功能并重新整合到视网膜神经回路中。

研究团队利用双光子钙成像技术，对成年斑马鱼的视网膜进行观察，评估再生的紫外线感光细胞（UV cones）在光损伤后的恢复情况。实验显示，这些细胞在三个月内逐步恢复了对蓝光和绿光的响应能力，分别表现为对蓝光的关闭反应和对绿光的开启反应，这表明再生的感光细胞不仅在结构上与原始细胞相似，而且在功能上也完全恢复。该研究验证了斑马鱼再生感光细胞的完整生理功能，并提出了利用内源性再生作为人类视网膜修复策略的可能性。这一研究结果为未来治疗视网膜疾病提供了新的希望。研究发表在 Developmental Cell 上。

#神经科学 #感光细胞再生 #视网膜修复 #斑马鱼 #内源性再生

阅读论文：

Abraham, Evelyn, et al. “Restoration of Cone-Circuit Functionality in the Regenerating Adult Zebrafish Retina.” Developmental Cell, vol. 59, no. 16, Aug. 2024, pp. 2158-2170.e6. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.07.005.

闭环脑电刺激系统显著改善抑郁症状

北卡罗来纳大学教堂山分校医学院的研究团队在Flavio Frohlich的带领下，首次使用闭环系统，结合了个性化的脑电波测量与低能量电流刺激，以平衡大脑的α波，从而改善了患者的抑郁症状。

研究人员开发的闭环系统能够实时测量个体大脑中的α波频率，并通过低能量的交流电刺激这些波动，帮助大脑恢复α波的平衡。该研究采用了15名重度抑郁症患者，患者每天接受一小时的治疗，连续五天。结果显示，80%的患者在治疗后抑郁症状显著改善，并且这种改善在接下来的两周内持续。研究团队指出，与目前需要长达六周治疗的现有方法相比，这种短期疗法具有快速、无药物的优点。研究结果已发表在American Journal of Psychiatry上，研究团队将进一步开展随机双盲对照试验以验证该方法的有效性。

#大脑健康 #神经技术 #抑郁症 #脑电波 #闭环刺激系统

阅读论文：

Schwippel, Tobias, et al. “Closed-Loop Transcranial Alternating Current Stimulation for the Treatment of Major Depressive Disorder: An Open-Label Pilot Study.” American Journal of Psychiatry, Aug. 2024, p. appi.ajp.20230838. psychiatryonline.org (Atypon), https://doi.org/10.1176/appi.ajp.20230838.

电影类型的偏好揭示大脑情绪反应的差异

哈雷-维滕贝格大学的研究团队近期开展了一项研究，旨在探讨电影类型偏好与大脑情绪反应之间的关系。研究团队通过结合电影偏好数据和大脑成像技术，能够揭示观众的电影选择与大脑活动之间的联系。

研究团队对257名健康参与者进行了电影类型偏好调查，并通过功能性磁共振成像（fMRI）技术测量了他们的大脑反应。研究集中分析了杏仁核（amygdala）和伏隔核（NAcc）这两个关键区域的活动。结果显示，偏好动作片的参与者杏仁核的活动显著增强，并伴有伏隔核活动的增加；喜剧片偏好者的杏仁核和伏隔核活动同样增强。相比之下，偏好犯罪片、惊悚片和纪录片的参与者在这些区域的活动显著降低。这表明，大脑对负面情绪刺激的反应与电影类型偏好之间存在显著关联，而不同类型的电影偏好者在神经反应上表现出相反的趋势。研究发表在Frontiers in Behavioral Neuroscience上。

#认知科学 #情绪处理 #电影类型 #功能性磁共振成像

阅读论文：

Zwiky, Esther, et al. “How Movies Move Us – Movie Preferences Are Linked to Differences in Neuronal Emotion Processing of Fear and Anger: An fMRI Study.” Frontiers in Behavioral Neuroscience, vol. 18, June 2024. Frontiers, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2024.1396811.

大脑纹状体中的多巴胺神经元，可以调节大脑运动与认知功能

麦吉尔大学领导的神经科学家团队在研究中发现了一小群位于大脑纹状体中的多巴胺神经元，它们在调节大脑的多项关键功能中起着重要作用。这项研究得到了布鲁塞尔自由大学的合作支持，并有望为治疗包括精神分裂症、成瘾、帕金森病等在内的多种精神与神经系统疾病带来新希望。

研究团队利用创新的遗传工具，针对一种混合型的多巴胺神经元（D1/D2-SPNs）进行了深入研究。尽管这些神经元在纹状体中仅占5%，但它们在调节D1和D2两种主要神经元的功能中起着至关重要的作用。研究显示，D1/D2-SPNs主要投射到外侧苍白球，表现出独特的电生理特征，并且对多巴胺信号有独特的整合能力。

通过在小鼠中进行的增益和失活实验，研究人员发现这些神经元不仅能增强D1-SPNs的促动能作用和D2-SPNs的抗动能作用，还能有效抑制精神兴奋药物引发的过度运动反应。这一发现为理解多巴胺在丘脑-皮层-纹状体环路中的复杂调节机制提供了新的视角，未来研究将进一步探讨这些神经元在认知功能和精神疾病中的作用。研究发表在 Nature Neuroscience 上。

#神经科学 #大脑健康 #NatureNeuroscience #多巴胺 #神经元 #精神疾病

阅读论文：

Bonnavion, Patricia, et al. “Striatal Projection Neurons Coexpressing Dopamine D1 and D2 Receptors Modulate the Motor Function of D1- and D2-SPNs.” Nature Neuroscience, July 2024, pp. 1–11. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01694-4.

大脑中不同类型的“爱”激活了不同的神经区域

由芬兰阿尔托大学的Pärttyli Rinne领导的研究团队，让参与者阅读与六种不同对象的爱相关的简短故事，通过功能性磁共振成像技术，分析了55名参与者在面对六种不同类型的爱时的大脑反应。

研究发现，人与人之间的爱，例如对孩子或浪漫伴侣的爱，比对宠物或自然的爱更显著地激活了大脑的社交认知区域（大脑颞顶交界处和中线结构）。特别是在宠物主人中，面对与宠物相关的情景时，这些社交性脑区的激活显著强于没有宠物的人。总体来看，亲密关系中的爱与大脑奖励系统更强和更广泛的激活有关。研究表明，爱不仅是由生物学因素决定的，还受文化因素的影响，其神经机制深植于人类的基本神经生物学机制中。研究发表在Cerebral Cortex上。

#认知科学 #神经科学 #大脑健康 #社交认知 #奖励系统

阅读论文：

Rinne, Pärttyli, et al. “Six Types of Loves Differentially Recruit Reward and Social Cognition Brain Areas.” Cerebral Cortex, vol. 34, no. 8, Aug. 2024, p. bhae331, https://doi.org/10.1093/cercor/bhae331.

AI 行业动态

OpenAI“草莓”即将登场，推动下一代旗舰AI模型“Orion”发展

OpenAI 即将推出代号为“草莓”的新人工智能模型。据悉，“草莓”将成为新一代聊天机器人中的核心组件，能够解决以往大模型难以应对的数学和编程问题。尤其值得注意的是，“草莓”不仅局限于技术问题的解答，还能够在思考时间增加的情况下应对更为复杂的主观问题，如产品营销策略等。

作为 OpenAI 新旗舰大语言模型“Orion”（猎户座）的前驱，“草莓”将通过生成高质量的合成数据，显著提升训练数据的准确性，减少模型生成错误。据知情人士透露，OpenAI 计划在今年秋天正式推出“Orion”，并有可能将“草莓”的推理能力整合至 ChatGPT 中。此外，OpenAI 已经向安全监管人员展示了“草莓”模型，显示出公司对技术透明度的重视，这对于增强公众和政策制定者的信任尤为关键。

#OpenAI #草莓模型 #猎户座 #大语言模型 #合成数据

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https://www.theinformation.com/articles/openai-races-to-launch-strawberry-reasoning-ai-to-boost-chatbot-business

Google 推出Gemini 1.5 Flash和Pro的重大更新

Google 继续加速推进其Gemini系列模型的更新，最新发布的Gemini 1.5 Flash-8B和增强版的Gemini 1.5 Pro再次刷新了AI领域的性能标杆。据Google AI Studio产品负责人Logan Kilpatrick透露，新的Gemini 1.5 Flash被认为是当前全球最佳的开发者工具，具备处理长文本和多模态输入的能力，在编码、数学和复杂任务上的表现也显著提升。这些模型作为实验性版本，旨在收集开发者反馈，并将在未来几周内发布适用于生产环境的版本。

此外，Google计划从9月3日起自动切换至新模型，并逐步移除旧版本，以简化用户体验。尽管新版Gemini模型在社区排行榜上表现出色，但这也受到了一些批评，部分用户认为其在命名和长输出任务方面仍存在不足。

#Google #Gemini模型 #AI开发 #大模型更新 #实验性版本

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https://ai.google.dev/gemini-api/docs/models/experimental-models

Nous Research推出DisTrO：打破AI训练壁垒的革命性优化器

Nous Research近日发布了其最新技术成果DisTrO（Distributed Training Over-the-Internet），这是一种革命性的优化器，旨在大幅提升AI模型的训练效率。DisTrO通过减少GPU间在训练过程中的信息传输量，实现了高达10,000倍的效率提升，使得大规模AI模型的训练不再局限于资源丰富的大型企业。

传统的AI训练通常需要多个GPU之间紧密协作，并依赖于高带宽连接，导致硬件需求高昂。然而，DisTrO采用了一种创新的方法，显著降低了每步训练所需的信息量。测试显示，DisTrO在保持模型性能几乎不变的情况下，将每步训练所需的通信量从74.4GB减少到86.8MB。这一突破性技术不仅有助于降低训练成本，还可能推动更多研究机构和个人在开源环境中开展AI模型的训练。

Nous Research团队表示，DisTrO可以在普通互联网连接下，实现大规模分布式训练，从而打破了AI训练的传统限制。该技术的广泛应用有望促进AI领域的创新，推动去中心化的合作模式，并减轻AI训练对环境的影响。

#AI训练 #分布式优化 #NousResearch #DisTrO #技术突破

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https://github.com/NousResearch/DisTrO/blob/main/A_Preliminary_Report_on_DisTrO.pdf

Claude.ai全新功能上线：Artifact助力创意与协作

2024年8月28日，Claude.ai正式向所有用户推出了Artifact功能，无论是免费用户、专业用户还是团队用户，都可以在iOS和Android应用中使用这一功能。Artifact让用户与Claude的对话变得更加富有创造力和协作性。自今年6月功能预览版推出以来，用户已创建了数千万个Artifact。

Artifact提供了一个专门的窗口，用户可以即时查看、迭代和构建他们与Claude合作的作品。这一功能的使用场景广泛，适用于多个团队和职能。例如，开发者可以利用Artifact从代码库生成架构图，产品经理可以创建用于快速功能测试的交互式原型，设计师可以进行快速原型设计，市场营销团队可以设计带有性能指标的活动仪表板，而销售团队则可以通过Artifact直观展示销售管道和预测分析。

对于免费和专业版用户，Artifact还支持发布和重混社区中的其他用户作品，进一步促进创意的迭代和共享。团队用户则可以在项目中创建并分享Artifact，在安全的环境中与团队成员进行协作。

#ClaudeAI #Artifact #创意协作 #团队合作 #科技创新

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https://www.anthropic.com/news/artifacts

AI 研发动态

一种可降解且自部署的脑电极，为大脑信号监测提供新方法

随着脑机接口技术的发展，科学家们一直在探索能够减少手术复杂性并提供安全脑部监测手段的新型设备。首尔大学的Seung-Kyun Kang团队针对传统大面积脑电极植入过程中存在的侵入性手术风险，开发了一种可降解、自部署的帐篷电极。这一研究的成果为大脑信号监测和诊断癫痫等大脑疾病提供了新的解决方案。

该团队开发的帐篷电极（tent electrode）可以通过注射器进行最小创伤性的输送。电极由形状记忆聚合物制成，这种材料可以在狭小空间内恢复到原始形状，电极在输送到大脑表面后会扩展到初始大小的200倍，覆盖更大的表面积。初步的体内实验显示，电极能够有效记录脑电活动，并在使用后自然降解，避免了传统电极植入后需要二次手术移除的麻烦。研究团队还整合了多路复用阵列和无线模块，确保数据传输的稳定性和有效性。这种新型电极系统为脑机接口技术的进一步发展，特别是在神经修复和脑疾病诊断中的应用，提供了创新性的解决方案。研究发表在 Nature Electronics 上。

#神经技术 #Nature Electronics #大脑信号监测 #癫痫诊断 #脑机接口

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Bae, Jae-Young, et al. “A Biodegradable and Self-Deployable Electronic Tent Electrode for Brain Cortex Interfacing.” Nature Electronics, Aug. 2024, pp. 1–14. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41928-024-01216-x.

自动化算法ABCD，在颅内脑电图数据评估中表现优于人类专家

由明尼苏达大学医学院领导的研究团队开发了一种名为ABCD的自动化算法，以提高颅内脑电图（iEEG）数据的准确性。iEEG是一种通过将电极直接放置在大脑表面或内部记录大脑活动的程序，在癫痫等疾病的诊断和治疗中起着关键作用。该研究旨在评估ABCD算法与人类专家在评估iEEG数据质量方面的可靠性，并为未来的癫痫患者护理提供更准确和高效的解决方案。

在研究中，研究团队邀请了16位专家，包括脑电图技师和经过专业训练的神经科医生，对1440个iEEG通道进行了“好”与“坏”的评估，并将这些评估结果与由Herman Darrow人类神经科学实验室开发的ABCD算法进行对比。研究发现，ABCD算法的准确率达到95.2%，远超人类评估者，尤其在识别高频噪声通道时表现出色。

进一步的分析表明，不同组别的评估者在自我评估上的一致性差异较大，而组间评估一致性较低，尤其是在无经验人员中。神经科医生和脑电图技师在评估时时常将平坦的通道误判为“好”通道，且评估时多集中在低频内容。相比之下，ABCD算法则更多地依赖高频内容进行评估。研究最终得出结论，自动化算法ABCD不仅能够减少人类评估中的偏见，还能够为更准确的癫痫发作检测和定位提供重要支持，进而改善患者的治疗效果。研究发表在 Journal of Neural Engineering 上。

#神经技术 #癫痫 #脑电图 #自动化算法 #ABCD

阅读更多：

Hattab, Tariq, et al. “Assessing Expert Reliability in Determining Intracranial EEG Channel Quality and Introducing the Automated Bad Channel Detection Algorithm.” Journal of Neural Engineering, vol. 21, no. 4, July 2024, p. 046028. Institute of Physics, https://doi.org/10.1088/1741-2552/ad60f6.

fMRI重建整个成人生命周期的生理信号

近期，一项研究提出了一种创新框架，通过Transformer架构直接从静息态功能性磁共振成像（fMRI）数据中重建呼吸和心率波动。这一方法首次在36至89岁的人群中进行了测试，并展示了卓越的表现，明显优于以往的方法。

传统上，fMRI与生理信号的结合需要额外设备和设置，这不仅繁琐且容易受到噪声影响。为了解决这些问题，研究人员利用机器学习模型，从fMRI信号中提取呼吸和心率特征。然而，之前的研究主要集中在年轻成人和儿童，尚未充分验证这些方法在老年人中的有效性。

该研究提出的Transformer架构框架，能够准确预测低频呼吸量和心率波动，其预测结果与实际测量信号的相关性分别达到了约0.698和0.618。这表明，通过注意力机制，可以更好地捕捉fMRI数据与生理信号之间的关系。此外，研究还发现，在模型训练中引入年轻成人数据，有助于提高老年人群体中的预测精度。

#神经技术 #机器学习 #老年人健康 #Transformer #生理信号预测

阅读更多：

Wang, Shiyu, et al. Reconstructing Physiological Signals from fMRI across the Adult Lifespan. arXiv:2408.14453, arXiv, 26 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14453.

受生物学启发的尖峰神经网络的研究进展和新范式

近年来，尖峰神经网络（SNN）因其模拟生物神经元的能力而在计算模拟和人工智能领域中获得了显著关注。SNN以其独特的时空计算效率和生物可解释性，正在推动生物智能与人工智能的融合。北京中科院自动化研究所研究人员在最新研究中指出，SNN不仅在神经科学的计算模型中展现出优势，还在动态视觉传感、自动语音识别和连续控制强化学习等人工智能应用中表现出色。

此外，SNN在脑机接口（BCI）领域的应用展现了其处理复杂脉冲列数据的能力，尤其适用于高通量的神经数据处理。SNN利用其动态信息处理的优势，能够在不同的生物和计算任务中实现更精确的时间控制和信息流管理，这对于未来的智能系统设计具有重要意义。

研究团队强调，随着SNN研究的不断深入，我们可以预见其在未来科技和医疗设备中扮演更加核心的角色，特别是在实时处理和决策系统中的应用将越发广泛。该研究不仅加深了我们对生物大脑运作机制的理解，也为发展更高效、更自然的计算模型提供了新的路径。

#人工智能 #脑机接口 #SNN

阅读更多：

Zheng, Tianyu, et al. Research Advances and New Paradigms for Biology-Inspired Spiking Neural Networks. arXiv:2408.13996, arXiv, 25 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.13996.

GPT-4 从第三人称视角模拟普通人类情感认知

近期的研究揭示了大型语言模型（LLM），尤其是GPT-4，在理解和模拟人类情绪方面的卓越能力。研究团队通过一系列设计精良的实验，评估了GPT-4在情绪推理方面的精准度，结果表明该模型能够与人类情绪评估高度一致。

研究分为两部分：第一部分聚焦于通过精心构建的情绪激发刺激来评估GPT-4的情绪识别和评估衍生能力。通过缩减评估空间和对基本情绪的识别，GPT-4显示出与人类非常接近的情绪识别表现。特别是，GPT-4在将评估映射到情绪的能力上，与人类观察者的判断极为一致。

第二部分测试了GPT-4处理情绪的视角，发现GPT-4倾向于采用平均观察者的视角，其情绪评估与外部评估者更加一致，而不是作者自身的情感体验。这一发现对于理解和应用LLM在实际情境中的情绪认知能力具有重要意义。

这项研究不仅展示了GPT-4在情绪理解方面的先进性，也强调了在不同应用背景下，理解模型如何从第三人称视角处理情绪信息的重要性。随着技术的进步，预计未来的语言模型将在更多实际应用中发挥关键作用。

#人工智能 #情绪识别 #GPT-4

阅读更多：

Tak, Ala N., and Jonathan Gratch. GPT-4 Emulates Average-Human Emotional Cognition from a Third-Person Perspective. 1, arXiv:2408.13718, arXiv, 10 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.13718.

整理｜ChatGPT

编辑｜丹雀、1900、存源

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天桥脑科学研究院旗下科学媒体，旨在以科学追问为纽带，深入探究人工智能与人类智能相互融合与促进，不断探索科学的边界。如果您有进一步想要讨论的内容，欢迎评论区留言，或添加小助手微信questionlab，加入社群与我们互动。

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天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCl）是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一，围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点，支持脑科学研究，造福人类。TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室；与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。TCCI建成了支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统，项目遍布欧美、亚洲和大洋洲，包括、、、科研型临床医生奖励计划、、中文媒体追问等。