█ 神经科学
Nature：从混乱到清晰，大脑如何通过学习构建认知地图
Nature：大脑中的“和平使者”，控制攻击性的关键区域
Nature：人类下丘脑细胞图谱助力抗肥胖新药研发
Science：大脑如何学会抑制恐惧反应
Cell：脑干神经元精确计数每一口食物，掌控进食终止
Cell：鼻腔益生菌：精准传递激素，轻松抗击肥胖
Cell：脑细胞像肌肉一样“锻炼”以增强记忆
大脑中的“甜点胃”：为何饭后总想吃甜食？
神经元过度激活是衰老相关行为衰退的元凶
肠道微生物通过迷走神经“操控”大脑
绘制人类大脑默认模式网络揭示其广泛影响
快速移动中视觉为何不模糊？
大脑皮层通过“回声”机制检测新颖刺激
神经甾体：甜味偏好的幕后调控者
岛状皮层双向回路调控小鼠条件免疫反应
神经再生的关键开关：发现干细胞激活新信号
果蝇实验揭示酒精如何诱导睡眠障碍
微核信号触发小胶质细胞形态转变
模拟神经波：革新节能人工智能芯片设计
█ 认知科学
Nature：为何数学知识难以用于生活？
Science：座头鲸歌曲展现出与人类语言惊人相似的统计结构
多模态大模型在视觉认知上仍难匹敌人类
人工智能道德建议超越伦理学家
机器人通过语言与动作的互动学会“举一反三”
伦敦出租车司机揭秘：提前锁定关键路口实现极速导航
AI模仿幼儿学习，揭示语言动作组合新机制
视觉对称性提升记忆表现并调控大脑激活模式
单导联心电图与深度神经网络助力非侵入性心衰预警
工作记忆如何影响我们的决策策略
学习进步驱动深度任务参与和认知控制
不喜欢音乐的人也会跟着摇摆
类脑神经网络模仿人类的关系学习能力
善意与恶意创造力：脑活动模式的共性与差异
25年医疗数据革命：电子健康记录开启精准医疗新时代
社交聊天机器人有效缓解大学生孤独感和社交焦虑
ChatGPT 在心理治疗中的表现优于人类治疗师
AI 模型在简单文本理解测试中仍落后于人类
孕期少量饮酒也会影响孩子面部和大脑发育
大脑通过“分支通道”实现信息稳定与更新的平衡
大脑皮层神经编码的多样性与高维表征
新型语言模型在潜思空间中自我进化
催眠改变大脑网络连接与神经化学环境
在线接触比面对面更有效？群体间偏见干预的新发现
发现人类和动物行为中的符号认知模型
OpenAI o3：大规模强化学习轻松斩获IOI金牌
3.5B参数模型用循环策略挑战50B性能
MaAS框架实现高性能与低成本的多智能体系统
从自然语言到数学证明，AlphaGeometry2刷新纪录
自我回溯机制大幅提升大型语言模型推理准确率
让机器“看”懂思路：MVoT颠覆传统推理模式
婴儿的大脑活动可预测未来社交能力
大型语言模型显著降低编程学习认知负担
人类的最后考试：AI模型的终极挑战
█ 大脑健康
Nature：创新分子疗法针对并破坏癌细胞的无控制生长
Cell：DNA修复基因成亨廷顿病治疗新希望
Cell：安眠药竟会抑制大脑清洁
应激颗粒异常持久——阿尔茨海默病早期失调的幕后推手
双重蛋白联合作用揭示阿尔茨海默病不同脑区病理机制
降低氧化固醇或成阿尔茨海默病治疗新靶点
新型“卵形细胞”揭示记忆形成的关键机制
新发现的基因突变让阿尔茨海默病风险翻倍
压力反应男女有别？揭示背后的关键分子机制
姜黄素通过调节RNA修饰抑制癫痫后神经炎症
线粒体多样性决定神经元功能
█ 神经技术
轻量级假手实现19个自由度，提升截肢者生活质
基于脑活动的AI解码器帮助失语症患者“读心”
LEGION：让机器人像人类一样终身学习
AMATERAS-2系统实现多尺度全视野三维动态成像
结合语义信息显著提升大脑活动图像重建质量
髓电刺激让SMA患者重获行走能力
人工智能与传统技术融合实现神经通路精确重建
DeepRhythmAI大幅降低心律失常漏诊率
新数学模型揭示大脑决策机制
未经训练的佩戴假肢的患者可以通过触摸区分物体
AI超分辨率技术助力精准预测骨折风险
生物混合手实现多关节手指独立控制
模仿人类肌肉，机器人运动更精准
清华大学创新双域架构，神经网络能效提升近40倍
硅芯片革命：科学家成功映射70,000个神经元连接
新型人工视觉系统：使用蜂蜜电解质，实现高效光响应和记忆功能
振动技术帮助帕金森病患者重获自由步态
轻质尾巴大智慧——模拟优化重塑机器人空中翻转技巧
AI 让癌症数据“看得见”：OmicsFootPrint 解析疾病新方法
AI 诊断心脏病靠谱吗？研究揭秘 RAPIDx AI 的真实表现
AI计算提速神器！MIT编译器让深度学习快30倍
机器人学会“C罗庆祝动作”，新模型让仿生运动更逼真
AI训练成本大降！用50美元打造高性能推理模型
非侵入式脑机接口实现高效文本解码
脑刺激对中风康复效果无显著提升
家中力量训练升级：AI实时监控激活神经信号
新算法提升 AI 独立学习和发现数据模式的能力
SPM 25.01发布：开源神经影像分析软件的重大更新
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神经科学
Nature：从混乱到清晰，大脑如何通过学习构建认知地图
大脑如何构建认知地图帮助我们理解环境？霍华德·休斯医学研究所 Janelia 研究园区的 Spruston 实验室团队通过追踪小鼠学习过程中海马体神经元的活动，揭示了认知地图的形成过程。研究人员使用高分辨率显微镜和数学模型，发现神经元活动逐渐分化，最终形成完全不同的认知地图。
▷随着动物开始学习，其神经活动开始反映其行为的变化。在学习初期，两个走廊中单个神经元的活动大多相似。然而，随着动物学习的进展，代表不同走廊的神经活动开始分化。在学习结束时，这些神经元的活动完全不同，具有不同的地图编码隐藏信息，使动物能够区分两种选择。Credit: Sun and Winnubst et al.
研究人员使用双光子钙成像技术记录小鼠海马体 CA1 区域数千个神经元的活动，同时让小鼠在虚拟现实中学习从两条细微不同的线性轨道中收集奖励。研究发现，随着学习进展，小鼠的行为和神经活动经历了多个阶段：最初，两条轨道的神经活动相似；随着学习深入，活动逐渐去相关，最终形成正交化的表征，类似于状态机（state machine，一种通过推断隐藏状态理解真实情况的系统）。这一过程由“状态细胞”（state cells）驱动，这些细胞对特定任务状态作出反应。研究人员还发现，克隆结构因果图（一种隐藏马尔可夫模型变体）能够准确复现这一学习过程。研究发表在 Nature 上。
#神经科学 #认知地图 #海马体 #双光子钙成像 #状态细胞
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Sun, Weinan, et al. “Learning Produces an Orthogonalized State Machine in the Hippocampus.” Nature, Feb. 2025, pp. 1–11. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08548-w
Nature：大脑中的“和平使者”，科学家发现控制攻击性的关键区域
攻击性行为在进化中扮演重要角色，但过度攻击性可能对个体和社会造成威胁。Mount Sinai医院的研究团队通过分析雄性小鼠的全脑活动，发现皮层杏仁核是促进攻击性行为的关键脑区。研究团队使用网络分析方法，确定了这一区域在攻击性行为中的重要作用，并发现抑制该区域可以减少攻击性并诱导亲社会行为。
▷Credit: Mount Sinai Health System
研究团队对雄性小鼠的全脑活动进行了网络分析，发现皮层杏仁核（cortical amygdala）在攻击性行为中起关键作用。这一区域被雄性小鼠的嗅觉线索和攻击性行为激活。通过化学遗传或光遗传抑制皮层杏仁核中的Esr1表达细胞，研究人员成功减少了攻击性行为并增加了亲社会行为。此外，研究还发现COAplEsr1细胞向下丘脑腹内侧和中央杏仁核的投射对这些行为至关重要。这些发现表明，COAplEsr1细胞对社交刺激有特异性反应，从而增强其显著性并促进攻击行为。研究发表在 Nature 上。
#神经科学 #攻击性行为 #皮层杏仁核 #亲社会行为 #小鼠研究
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Aubry, Antonio V., et al. “A Crucial Role for the Cortical Amygdala in Shaping Social Encounters.” Nature, Feb. 2025, pp. 1–10. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08540-4
Nature：人类下丘脑细胞图谱助力抗肥胖新药研发
下丘脑调控睡眠、饥饿等基本生理功能，但其人类细胞构成长期依赖小鼠研究。马克斯·普朗克代谢研究所与剑桥大学的研究人员采用单核RNA测序及空间转录组技术，对11个人脑样本进行分析，构建出详尽的下丘脑细胞图谱，揭示关键细胞群及新基因，为抗肥胖药物研发提供数据支持。
▷人类下丘脑的综合SnRNA-Seq参考图集。Credit: Nature (2025).
研究人员首先采用单核RNA测序对11个人脑中超过433,000个下丘脑细胞进行检测，并结合空间转录组数据，构建出名为HYPOMAP的人类下丘脑空间细胞转录图谱。该图谱涵盖452种细胞类型，其中291个神经元簇显著富集了与体重指数（BMI）相关的基因，涉及426个效应基因。研究发现，人鼠在促黑素细胞和G蛋白偶联受体表达上存在明显差异，这对现有抗肥胖药物的作用机制产生直接影响。此外，六个基因（MC4R、PCSK1、POMC、CALCR、BSN及CORO1A）的罕见有害变异与群体体重指数相关，其中CORO1A首次被发现与BMI有关。这些发现为深入解析下丘脑在代谢、昼夜节律及生殖等多重生理调控中的作用提供了重要依据，研究成果发表于 Nature。
#神经科学 #下丘脑 #细胞图谱 #抗肥胖 #单核RNA测序
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Tadross, John A., et al. “A Comprehensive Spatio-Cellular Map of the Human Hypothalamus.” Nature, Feb. 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08504-8
Science：大脑如何学会抑制恐惧反应
动物如何学会抑制本能恐惧反应？伦敦大学学院塞恩斯伯里惠康中心的研究团队，由Sara Mederos和Sonja Hofer领导，发现视觉皮层的特定区域和腹外侧膝状体核（vLGN）在这一过程中起关键作用。
▷冠状脑切片显示了从脑皮质中不同视觉区域的投影，到腹外侧基因核（VLGN）。这些途径是该回路的一部分，被确定为介导对本能恐惧反应的抑制。Credit: Sainsbury Wellcome Center
研究团队研究了小鼠对模拟空中捕食者的视觉威胁的反应。结果显示，小鼠在反复暴露于无害的威胁后，学会了抑制恐惧反应。研究发现，视觉皮层的特定区域和腹外侧膝状体核在这一过程中起关键作用。vLGN通过内源性大麻素（endocannabinoids）介导的机制，减少对神经元的抑制输入，从而抑制恐惧反应。这一发现可能对治疗恐惧症、焦虑和创伤后应激障碍（PTSD）有重要意义。研究发表在 Science 上。
#神经科学 #恐惧反应 #vLGN #内源性大麻素 #学习机制
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Mederos, Sara, et al. “Overwriting an Instinct: Visual Cortex Instructs Learning to Suppress Fear Responses.” Science, vol. 387, no. 6734, Feb. 2025, pp. 682–88. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adr2247
Cell：脑干神经元精确计数每一口食物，掌控进食终止
研究聚焦于探讨何时终止进食这一问题，由哥伦比亚大学欧文医学中心的Alexander Nectow、Srikanta Chowdhury等人组成团队，利用单细胞空间分辨分子表型及光遗传学技术，发现脑干中表达胆囊收缩素（cholecystokinin, CCK, 调控饱腹感和消化功能的激素）的神经元可精准调控进食终止。
这项研究主要采用单细胞空间分辨分子表型方法，对小鼠脑干中位于脑桥背侧缝核的神经元进行了系统分析。研究人员利用光遗传学手段精确调控这些细胞，结果显示，当激活表达胆囊收缩素（cholecystokinin, CCK）的神经元时，小鼠的进食量显著减少，进食速度逐步放缓。进一步实验表明，这些CCK神经元能够从食物的感知到摄入过程中实时跟踪每一口食物，并整合来自口腔、肠道及体内激素的多重信号（饱腹调控，satiation, 指产生饱足感的过程），通过延迟释放信号启动多个负反馈回路，双向调控进餐量。该发现不仅揭示了饱腹感产生的细胞机制，也为未来开发针对肥胖的新疗法提供了重要理论依据。研究结果发表于 Cell。
#神经科学 #脑干 #胆囊收缩素 #光遗传学
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Chowdhury, Srikanta, et al. “Brainstem Neuropeptidergic Neurons Link a Neurohumoral Axis to Satiation.” Cell, vol. 0, no. 0, Feb. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.018
Cell：鼻腔益生菌：精准传递激素，轻松抗击肥胖
为解决血脑屏障限制药物进入大脑以及肥胖症治疗中激素耐药问题，来自相关研究机构的团队利用改造后的共生菌 Lactobacillus plantarum WCFS1 (Lp) ，通过鼻内途径精准定位嗅觉上皮（OE，Olfactory Epithelium），稳定释放食欲调节激素。实验结果显示，该策略能有效传递激素至大脑，显著改善肥胖相关指标。
▷图形摘要，Credit：Cell
研究人员首先使用FITC（Fluorescein isothiocyanate，荧光标记试剂，用于追踪分子分布）对工程改造的 Lp 在小鼠鼻内的分布进行了观察，结果显示其能精确定位于嗅觉上皮。随后，团队利用基因工程技术改造 Lp，使其分泌瘦素（Leptin）、α-MSH和 BDNF（Brain-Derived Neurotrophic Factor，大脑源性神经营养因子，促进神经健康的蛋白），并在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中进行应用。
实验数据显示，经鼻内给药后，工程菌在OE中持续释放激素，有效降低了小鼠的食欲，减少了体重增长，并改善了葡萄糖代谢和脂肪沉积。相比每日大剂量使用纯瘦素，低频次给药的工程菌显示出更持久的疗效，为脑靶向治疗提供了新思路。研究成果发表在 Cell 上。
#神经科学 #鼻内给药 #共生菌 #肥胖 #食欲调节
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Shen, Haosheng, et al. “Engineered Commensals for Targeted Nose-to-Brain Drug Delivery.” Cell, vol. 0, no. 0, Feb. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.017
Cell：脑细胞像肌肉一样“锻炼”以增强记忆
脑细胞和肌肉细胞之间的相似性可能比之前认为的更多。霍华德·休斯医学院的Lippincott-Schwartz实验室发现，脑细胞中的亚细胞结构与肌肉细胞中的信号传导机制相似，这些结构可能促进学习和记忆。研究团队通过高分辨率成像技术，揭示了内质网（ER）和质膜之间的接触位点在神经元信号传递中的关键作用。
研究人员使用高分辨率成像技术，观察了哺乳动物神经元和果蝇大脑中的ER结构，发现这些结构在树突中形成了梯子状的重复模式。他们还发现，树突中的ER和质膜之间的接触位点由一种名为junctophilin的分子控制，这种分子在肌肉细胞中也起到类似作用。研究发现，树突中的ER和质膜接触位点能够调节钙离子的释放，从而放大和传递神经元信号。这一过程类似于肌肉细胞中的信号传导机制，钙离子的释放触发了激酶CaMKII的激活，进而改变质膜的生化特性，增强信号传递。这一机制解释了神经元如何将信号从树突传递到细胞体，并可能为理解学习和记忆的分子机制提供新视角。研究发表在 Cell 上。
#神经科学 #学习和记忆 #钙信号传导 #内质网 #突触可塑性
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Benedetti, Lorena, et al. “Periodic ER-Plasma Membrane Junctions Support Long-Range Ca2+ Signal Integration in Dendrites.” Cell, vol. 188, no. 2, Jan. 2025, pp. 484-500.e22. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.029
Science：大脑中的“甜点胃”：为何饭后总想吃甜食？
饭后对甜食的渴望，即“甜点胃”，其根源在于大脑中的特定神经细胞。科隆马克斯·普朗克代谢研究所的研究人员通过观察小鼠对糖的反应，揭示了这一现象背后的神经机制。他们发现，POMC神经元不仅负责饱腹感，还通过释放β-内啡肽激发对甜食的渴望。
研究人员通过观察小鼠对糖的反应，发现POMC神经元在饱腹状态下不仅释放促进饱腹感的信号分子，还释放β-内啡肽，这种物质作用于具有阿片受体的神经细胞，引发奖励感，导致即使饱腹也会继续吃糖。这一机制在进化上有其合理性，因为糖能快速提供能量。研究还发现，阻断这一途径可以减少饱腹小鼠的高糖饮食摄入。这一发现可能对肥胖治疗具有重要意义。研究发表在 Science上。
#神经科学 #甜点胃 #POMC神经元 #β-内啡肽 #肥胖治疗
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Minère, Marielle, et al. “Thalamic Opioids from POMC Satiety Neurons Switch on Sugar Appetite.” Science, vol. 387, no. 6735, Feb. 2025, pp. 750–58. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adp1510
神经元过度激活是衰老相关行为衰退的元凶
随着年龄增长，大脑功能下降通常被认为与神经元活动减少有关，但名古屋大学的研究团队发现，某些神经元的过度激活可能是导致衰老相关行为衰退的原因。研究使用秀丽隐杆线虫（C. elegans）作为模型，通过观察其趋热性行为和神经元活动，揭示了神经元过度激活与行为衰退的因果关系。
▷线虫 C. elegans 头部覆盖着神经元的红色荧光。Credit: Kentaro Noma
研究使用秀丽隐杆线虫作为模型，通过细胞消融和钙成像技术，观察了与趋热性行为（thermotaxis，线虫根据温度梯度选择移动方向的行为）相关的神经元活动。研究发现，AFD温度感受神经元和AIY中间神经元在老年线虫中功能相对完整，而AWC感觉神经元和AIA中间神经元则表现出自发且随机的过度激活。这种过度激活通过神经递质和神经肽的相互作用增强，导致老年线虫的趋热性行为衰退。
此外，研究还发现，通过改变线虫的饮食可以抑制神经元过度激活，从而改善行为衰退。这表明神经元过度激活可能是衰老相关行为衰退的原因，而饮食干预可能是一种有效的缓解方法。研究发表在 PNAS 上。
#神经科学 #衰老 #神经元过度激活 #饮食干预 #秀丽隐杆线虫
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Aleogho, Binta Maria, et al. “Aberrant Neuronal Hyperactivation Causes an Age-Dependent Behavioral Decline in Caenorhabditis Elegans.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 122, no. 1, Jan. 2025, p. e2412391122. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2412391122
肠道微生物通过迷走神经“操控”大脑
肠道微生物群与大脑之间的相互作用机制尚不明确。Kelly G. Jameson、Sabeen A. Kazmi、Takahiro E. Ohara等研究人员通过实验发现，肠道微生物群通过调节代谢物影响迷走神经活动，进而影响大脑功能。研究团队使用抗生素灌注和代谢物分析等方法，揭示了微生物群通过迷走神经调节肠道-大脑通信的机制。
研究团队通过评估迷走神经传入神经活动，分析了肠道微生物群存在、缺失、耗竭和恢复时的影响。研究发现，无菌小鼠的迷走神经张力低于正常小鼠，但通过恢复微生物群可以逆转这一现象。将抗生素灌注到正常小鼠的小肠中会降低迷走神经活动，而重新灌注正常小鼠的肠道滤液可以恢复迷走神经活动。研究还发现，微生物依赖的短链脂肪酸（short-chain fatty acids）、胆汁酸（bile acids）和3-吲哚乙酸（3-indoxyl sulfate）通过受体依赖的方式间接刺激迷走神经活动。这些代谢物以不同的动力学激活迷走神经传入神经元，并对应激活脑干神经元。研究结果表明，肠道微生物群通过调节特定代谢物，差异性地激活迷走神经传入神经元，从而调节肠道-大脑之间的化学感觉信号。研究发表在iScience上。
#神经科学 #肠道微生物群 #迷走神经 #代谢物 #肠道-大脑轴
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Jameson, Kelly G., et al. “Select Microbial Metabolites in the Small Intestinal Lumen Regulates Vagal Activity via Receptor-Mediated Signaling.” iScience, vol. 28, no. 2, Feb. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.111699
绘制人类大脑默认模式网络揭示其广泛影响
默认模式网络（DMN）在人类清醒但未参与物理活动时最为活跃，支持内省、记忆和社会认知等功能。麦吉尔大学、弗劳恩霍夫尤利希研究所等机构的研究人员Casey Paquola和Margaret Garber等，进行了这项研究，使用死后组织学和活体神经影像学两种方法，揭示了DMN的解剖结构和其在信息处理中的贡献。
▷大脑默认模式网络（DMN）的细胞构筑异质性。Credit: Nature Neuroscience (2025).
研究团队使用了死后组织学（postmortem histology）和活体神经影像学（in vivo neuroimaging）两种方法来研究DMN的解剖结构。死后组织学涉及对已故患者保存的脑组织的显微镜检查，而活体神经影像学则涉及扫描活人的大脑。研究发现DMN在细胞构筑上异质，包含对单模态、异模态和记忆相关处理具有可变专业化的细胞构筑类型。通过结合细胞构筑研究基于扩散的结构连通性，发现DMN包含对感觉皮层输入敏感的区域和一个相对绝缘于环境输入的核心。此外，使用有效连接模型分析信号流表明，DMN在平衡其输出在感觉层次水平上在皮层网络中是独特的。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #默认模式网络 #细胞构筑 #信息处理 #神经影像学
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Paquola, Casey, et al. “The Architecture of the Human Default Mode Network Explored through Cytoarchitecture, Wiring and Signal Flow.” Nature Neuroscience, Jan. 2025, pp. 1–11. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01868-0
快速移动中视觉为何不模糊？
人类在快速移动时，为何视觉图像仍能保持清晰？奥地利科学技术研究所（ISTA）的Maximilian Jösch教授领导的团队对此进行了研究，使用了两光子钙成像显微镜等先进技术，对小鼠大脑进行体内成像，观察其在虚拟现实系统中的行为。研究发现，大脑中的腹外侧膝状体核（vLGN）能够整合来自大脑各部分的运动和感觉信号，并计算出一个全面的纠正信号，从而在视觉处理早期阶段就进行图像校正。
研究团队使用了双光子钙成像显微镜，可以在小鼠清醒并在虚拟现实系统中正常行为时，实时监测其大脑中特定区域的活动。通过这种方法，他们发现vLGN接收了非常具体的行为指令副本，这些指令可用于在运动过程中“去模糊”视觉畸变。vLGN位于丘脑外侧，是大脑中心的蛋形结构，大脑皮层下方。它整合了整个大脑的各种运动和感觉信号，并充当计算全面纠正信号的枢纽。一个例子是眼睛移动后立即的视觉信号的“去模糊”。这允许更有效地计算视觉处理的后期阶段。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #视觉处理 #vLGN #两光子钙成像显微镜 #虚拟现实
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Vega-Zuniga, Tomas, et al. “A Thalamic Hub-and-Spoke Network Enables Visual Perception during Action by Coordinating Visuomotor Dynamics.” Nature Neuroscience, Feb. 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-025-01874-w
大脑皮层通过“回声”机制检测新颖刺激
大脑皮层如何区分新旧刺激一直是神经科学的重要问题。哥伦比亚大学的Yuriy Shymkiv及其团队在Rafael Yuste的实验室中，通过记录小鼠听觉皮层的神经元活动并构建神经网络模型，揭示了大脑皮层通过“回声”机制检测新颖刺激的过程。
▷该插图表示声音是如何在大脑皮层中编码的，神经元（右）使用“回声”活动来跟踪听觉刺激，以改变和改善大脑对未来的预测。Credit: Yuriy Shymkiv
研究团队使用双光子钙成像技术记录了小鼠听觉皮层对声音刺激的反应。他们发现，神经元通过“回声”活动跟踪感觉输入，并形成短期记忆。这种机制不仅确保每个刺激引发独特反应，还能增强对新刺激的反应。为了验证这一发现，团队构建了一个循环神经网络，并成功复现了小鼠大脑中的新颖性检测过程。研究还发现，大脑皮层的缓慢动态特性是其处理信息和检测新颖性的关键。这一发现不仅深化了对大脑功能的理解，还为精神分裂症等疾病的治疗提供了潜在方向。研究发表在 Neuron 上。
#神经科学 #大脑健康 #新颖性检测 #神经网络 #精神分裂症
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Shymkiv, Yuriy, et al. “Slow Cortical Dynamics Generate Context Processing and Novelty Detection.” Neuron, vol. 0, no. 0, Feb. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.01.011
神经甾体：甜味偏好的幕后调控者
纽约州立大学石溪分校的研究团队探索了大脑活动如何影响味觉偏好，特别是甜味。Arianna Maffei及其团队使用小鼠模型，通过基因操作和神经甾体注入，研究了味觉皮层中神经甾体阿洛孕诺酮的作用。他们发现这种神经甾体通过增加GABA受体的紧张性抑制回路来调节大脑活动，从而降低对甜味的敏感性和偏好。
▷Credit: Current Biology (2025).
研究团队在小鼠模型中局部注入神经甾体阿洛孕诺酮（allopregnanolone），激活味觉皮层中的GABA受体，发现这降低了小鼠对甜味的敏感性和偏好。随后，他们使用遗传工具移除味觉皮层中的神经甾体敏感GABA受体，进一步消除了对甜味的偏好。研究还发现，如果仅从抑制性味觉皮层神经元中选择性去除受体，这种对甜味的降低敏感性和偏好更为明显。这些发现揭示了神经甾体在调节味觉偏好中的关键作用，并为理解大脑如何处理味觉信息提供了新的视角。研究发表在 Current Biology 上。
#神经科学 #味觉偏好 #神经甾体 #GABA受体 #大脑机制
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Priscilla E. Yevoo et al, Modulation of sweet preference by neurosteroid-sensitive, δ-GABAA receptors in adult mouse gustatory insular cortex, Current Biology (2025).https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)00065-X
岛状皮层双向回路调控小鼠条件免疫反应
大脑如何依据味觉记忆调节免疫反应？海法大学研究团队Kobi Rosenblum、Haneen Kayal和Federica Cruciani，他们采用经典条件反射与化学遗传学工具，在小鼠中发现了前岛状皮层与后岛状皮层之间的双向神经回路在条件免疫反应中的关键作用。
▷味道免疫调节范式的示意图。立体定位注入PIC上逆行AAV-EGFP构建体（绿色）及其随后在AIC中的标记。Credit: Nature Neuroscience (2025).
本研究采用了条件免疫反应（Conditioned Immune Response, 利用条件反射原理使免疫系统对特定感官刺激产生预期反应）的实验范式，在小鼠中首次将新型味道糖精与免疫激发剂脂多糖（LPS）配对，形成感官与免疫刺激的关联记忆。随后，仅通过重新呈现糖精品尝，使动物表现出厌恶行为及免疫反应的再激活。研究人员利用化学遗传学工具定点抑制前岛状皮层到后岛状皮层的神经传递，结果显示：阻断单向传递会消除味觉引发的行为记忆，而中断双向信号则显著削弱预期免疫反应。
该发现证明，岛状皮层内的双向神经回路在调控小鼠条件免疫反应中起到双重调控作用，为理解大脑如何利用过去经验维持脑调控免疫稳态提供了新的神经学视角。研究成果发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #条件免疫反应 #岛状皮层 #化学遗传学
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Kayyal, Haneen, et al. “Retrieval of Conditioned Immune Response in Male Mice Is Mediated by an Anterior–Posterior Insula Circuit.” Nature Neuroscience, Jan. 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01864-4
神经再生的关键开关：发现干细胞激活新信号
成年人大脑中的神经干细胞（NSC）在静止和激活状态之间切换，这一过程对神经再生和脑损伤修复至关重要。然而，NSC如何整合微环境信号并决定是否激活，一直是神经科学领域的核心问题。来自渥太华大学、多伦多大学、不列颠哥伦比亚大学和拉瓦尔大学的研究团队，通过先进的成像技术、单细胞测序和机器学习分析，揭示了NSC与其后代细胞之间的反馈机制。
▷图形摘要。Credit: Cell Stem Cell (2025).
研究团队利用双光子成像，在小鼠大脑侧脑室下区（subventricular zone）绘制了NSC受周围细胞影响的详细时空图谱。他们结合单细胞测序和空间转录组学，分析了NSC的信号整合机制，并使用深度学习预测NSC与微环境中不同细胞类型的交互情况。
研究发现，NSC并非孤立存在，而是不断接收来自其快速分裂后代——短暂扩增细胞（TAPs, transient amplifying cells）的反馈信号。这些子细胞通过ephrin（Efn，一种细胞间信号分子）介导的钙信号抑制NSC的激活，使其保持静止状态。当TAPs数量减少或Efn信号受到干预时，NSC的钙信号特征发生变化，从而进入激活状态。进一步的光遗传学实验表明，抑制NSC的钙信号会阻止其激活，并影响微环境的自我更新能力。研究发表在 Cell Stem Cell 上。
#神经科学 #神经干细胞 #钙信号 #光遗传学 #神经再生
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Marymonchyk, Alina, et al. “Neural Stem Cell Quiescence and Activation Dynamics Are Regulated by Feedback Input from Their Progeny under Homeostatic and Regenerative Conditions.” Cell Stem Cell, Feb. 2025. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.01.001
果蝇实验揭示酒精如何诱导睡眠障碍
为破解酒精诱导失眠的谜题，犹他大学健康科学的研究团队（包括Maggie Chvilicek、Adrian Rothenfluh等）利用果蝇模型和遗传工具调控特定神经元活性，发现酒精高剂量下可导致睡眠延迟与夜间频繁觉醒，揭示了酒精对脑内胆碱信号的干扰作用。
▷果蝇大脑的荧光显微镜图像。中央绿色形状包括大脑的区域，该研究确定与酒精引起的失眠有关。Credit: Rothenfluh et al, Current Biology.
在这项研究中，研究人员采用果蝇作为实验模型，通过调控不同酒精剂量对中枢神经系统的作用，发现低剂量酒精引发轻度兴奋，而高剂量酒精则产生镇静效应，导致果蝇入睡延迟、夜间觉醒增加及睡眠质量下降。利用遗传工具，团队重点调控了胆碱能神经元 (cholinergic neurons, 负责产生乙酰胆碱的神经细胞，调控记忆和动机) 的活性，并观察到降低乙酰胆碱 信号后，即使是次低剂量酒精也能引发显著睡眠不足。
进一步研究确定，这一效应主要由包括蘑菇体 在内的胆碱能细胞群介导，排除这些细胞后，酒精的睡眠干扰效应消失，证实了酒精诱导的胆碱能神经元沉默机制在长期睡眠障碍中的核心作用。该研究结果为开发针对性干预措施提供了新的生物学依据，发表在 Current Biology 上。
#神经科学 #酒精失眠 #果蝇模型 #胆碱能神经元
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Chvilicek, Maggie M., et al. “Alcohol Induces Long-Lasting Sleep Deficits in Drosophila via Subsets of Cholinergic Neurons.” Current Biology, vol. 0, no. 0, Feb. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.01.026
微核信号触发小胶质细胞形态转变
筑波大学研究人员针对早期大脑发育中小胶质细胞多样性的问题开展研究，采用胚胎小鼠新皮层观察及双光子成像技术，发现神经元释放的微核可被小胶质细胞摄取，从而引起细胞形态和基因表达变化。
▷神经元微核Altect小胶质细胞形态。Credit: Nature Neuroscience (2025).
研究人员利用胚胎小鼠大脑新皮层作为模型，通过双光子成像观察神经元在迁移过程中产生的微核的释放。实验发现，当神经元穿过发育中密集区域时，会生成并释放微核，随后小胶质细胞利用先天免疫反应通路（由DNA病毒感染激活的免疫机制）摄取这些微核，导致细胞突起缓慢收缩。通过敲除 cGAS（cGAS，一种在DNA识别中起作用的基因）的方法，研究显示缺失该基因可减轻微核引发的形态变化，提示 cGAS 信号在此过程中起关键作用。同时，转录组分析揭示，摄入微核的小胶质细胞表现出与细胞外基质形成相关的特异性基因表达模式。这些发现表明，神经元释放的微核作为细胞间信号，不仅调控了小胶质细胞的形态和功能，也为阐明产后新皮层中免疫细胞的多样性提供了新视角。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经科学 #微核 #小胶质细胞 #大脑发育
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Yano, Sarasa, et al. “Propagation of Neuronal Micronuclei Regulates Microglial Characteristics.” Nature Neuroscience, Jan. 2025, pp. 1–12. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01863-5
模拟神经波：革新节能人工智能芯片设计
该研究聚焦于大脑振荡在信息处理中的作用。德国法兰克福恩斯特斯特朗曼学院的Wolf Singer、Felix Effenberger等人利用计算机模拟构建了谐波振荡器复发网络模型，证明振荡神经网络在学习速度和抗噪方面表现优异。
▷“谐波振荡器复发网络模型”（Horn）的示意图。Credit: ESI
在此次研究中，研究人员采用了谐波振荡器复发网络模型（HORN, 一种利用阻尼谐振器模拟大脑振荡行为的计算模型）来探索大脑中振荡动力学在信息处理中的作用。他们通过计算机模拟构建了具有振荡节点的复发网络（recurrent network, 指神经元之间存在反馈连接的网络）并在标准模式识别任务中进行训练。结果显示，处于振荡状态的网络在学习速度、噪声耐受性及参数效率上均明显优于传统非振荡网络。
模型还成功复制了大脑皮层和海马体等神经系统的典型动态特征，其生成的干涉模式实现了对刺激空间和时间关系的整体编码。进一步引入异质性参数（如不同的振荡频率和传导延迟）后，网络性能获得显著提升，这表明大脑内在的异质性可能正是其高效信息处理的重要基础。该研究为理解神经计算机制提供了新视角，并为开发基于模拟芯片的新一代节能人工智能技术奠定了理论依据。研究发表在 PNAS 上。
#神经科学 #HORN #振荡动力学 #信息处理
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Effenberger, Felix, et al. “The Functional Role of Oscillatory Dynamics in Neocortical Circuits: A Computational Perspective.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 122, no. 4, Jan. 2025, p. e2412830122. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2412830122
认知科学
Nature：为何数学知识难以用于生活？
本研究探讨了市场中实际应用算术技能与学校抽象数学学习是否存在转移现象。研究人员通过对印度城市市场工作儿童和无市场经验学校儿童的问卷调查与测试，发现两种数学能力在不同环境中表现迥异。
研究人员采用问卷调查和实验测验方法，对印度德里与加尔各答市场工作的儿童（n=1,436）以及附近学校中无市场经验的儿童（n=471）展开对比测试。测试内容包括贴近实际情境的市场数学问题和以符号形式呈现的抽象数学问题（abstract mathematics，指脱离具体情境的数学题目）。结果显示，市场工作儿童在解决实际交易问题时表现出色，能高效完成复杂运算，而在面对抽象数学问题时则显著不足；相比之下，学校儿童在抽象题目上准确率较高，但只有1%的儿童能正确解决与市场应用相关的问题。统计分析显示，这种差异具有高度统计显著性。
此外，学校儿童普遍采用低效的书面计算方法，无法灵活组合运算，速度远不能满足实际需求。研究结果强调，现实生活中的数学技能与课堂抽象数学能力之间并不能自动转移，提示有必要构建融合直观实践与形式训练的数学教学课程。研究发表在 Nature 上。
#认知科学 #数学教育 #应用数学 #抽象数学
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Banerjee, Abhijit V., et al. “Children’s Arithmetic Skills Do Not Transfer between Applied and Academic Mathematics.” Nature, Feb. 2025, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08502-w
Science：座头鲸歌曲展现出与人类语言惊人相似的统计结构
该研究探讨鲸鱼歌曲是否具备人类语言特有的统计规律。来自奥克兰大学、格里菲斯大学、希伯来大学的 Emma Carroll、Jenny Allen、Inbal Arnon 等人采用婴儿语音细分方法，对8年录制的座头鲸歌曲进行统计分析，发现其呈现出 Zipf 分布等语言特征。
研究人员利用婴儿语音细分（infant speech segmentation，一种模拟婴儿语言习得过程中分割语音片段的方法）对8年来在新喀里多尼亚采集的座头鲸歌曲数据进行详细分析。数据显示，鲸歌由多个嵌套层次构成，声元素依次组成短语，短语构成主题，主题合成完整歌曲。统计结果表明，各声元素的使用频率符合 Zipf 分布，而子序列的长度则遵循齐普夫简洁定律。此外，研究发现鲸鱼可能通过追踪声音元素之间的过渡概率来进行歌曲分割，这与婴儿在学习语言时捕捉声音转换信息的方式相似。整体数据表明，座头鲸歌曲作为一种文化传承行为，其结构特性与人类语言高度一致，凸显了学习与文化传播在构建复杂交流系统中的重要作用。研究发表在 Science 上。
#认知科学 #座头鲸歌曲 #文化传播 #Zipf分布 #婴儿语音细分
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Arnon, Inbal, et al. “Whale Song Shows Language-like Statistical Structure.” Science, vol. 387, no. 6734, Feb. 2025, pp. 649–53. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adq7055
多模态大模型在视觉认知上仍难匹敌人类
当前，多模态大型语言模型在视觉认知任务中的能力仍存在诸多争议。德国马克斯·普朗克生物控制论研究所、Helmholtz慕尼黑以人为中心的人工智能研究所和图宾根大学的研究人员合作，设计了一系列实验，评估LLMs在直觉物理、因果推理和直觉心理学任务中的表现。研究发现，尽管某些LLMs能够处理和解释视觉数据，但它们在更复杂的认知任务上仍然存在较大局限性。
研究采用了来自心理学领域的经典任务来测试多模态LLMs的认知能力。例如，在直觉物理（intuitive physics，指对物体运动和稳定性的直观理解）任务中，模型需要判断不同形状的积木塔是否稳定；在因果推理任务中，模型需要推断某一事件发生的可能原因；在直觉心理学（intuitive psychology，指推测他人心理状态和意图的能力）任务中，模型需要根据图像或故事预测角色的偏好或行为。
研究发现，尽管某些模型在基础视觉任务上表现出色，但它们在涉及更复杂推理和社会认知的任务上仍然落后于人类。例如，在积木塔稳定性判断任务中，模型的准确率明显低于人类；在因果推理任务中，模型往往缺乏对隐藏变量的敏感性；在直觉心理学任务中，它们难以正确预测角色的情感和动机。这表明，目前的LLMs仍然难以完全模拟人类的认知过程。
研究人员认为，未来的模型需要集成更强大的物理推理引擎，并引入更加符合人类认知方式的训练方法，以提高其在因果推理和社会认知方面的表现。研究发表在 Nature Machine Intelligence 上。
#认知科学 #多模态大模型 #因果推理 #视觉认知 #人工智能
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Schulze Buschoff, Luca M., et al. “Visual Cognition in Multimodal Large Language Models.” Nature Machine Intelligence, vol. 7, no. 1, Jan. 2025, pp. 96–106. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42256-024-00963-y
人工智能道德建议超越伦理学家
人工智能在道德领域的专业性备受关注，尤其是其道德判断和推理能力。为探讨这一问题，多位研究人员展开了实验，比较了GPT-4与普通美国人及《纽约时报》道德专栏The Ethicist的建议质量。研究结果显示，美国公众认为GPT-4的道德建议在多个维度上略优于人类伦理学家的建议。
研究分为两项实验，分别评估公众对GPT-4道德推理能力的感知。第一项实验招募了501名参与者，要求他们对GPT-4和普通美国人撰写的道德判断解释进行评价。结果显示，GPT-4的解释在可信度、道德性和周到性方面得分更高。第二项实验招募了900名参与者，比较GPT-4与《纽约时报》道德专栏The Ethicist在复杂现实道德困境中的建议质量。结果表明，GPT-4的建议在道德性、可信度、周到性和正确性等多个维度上略优于The Ethicist。
此外，研究还分析了GPT生成内容中的道德语言使用率，发现GPT使用了更高比例的道德语言，这可能是其建议被认为更具道德专业性的原因之一。尽管参与者能够识别哪些建议是由AI生成的，但这并未显著影响他们对AI建议质量的评价。研究结果表明，公众可能逐渐接受AI作为道德指导的潜在补充工具。研究发表在 Scientific Reports 上。
#认知科学 #人工智能 #道德推理 #语言模型
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Dillion, Danica, et al. “AI Language Model Rivals Expert Ethicist in Perceived Moral Expertise.” Scientific Reports, vol. 15, no. 1, Feb. 2025, p. 4084. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-025-86510-0
机器人通过语言与动作的互动学会“举一反三”
人类能够轻松将学到的行为推广到新情境中，这种能力的核心是语言的组成性，但机器人在这一领域的能力仍然有限。为了探索语言组成性与感觉运动技能如何通过关联学习共同发展，研究团队结合自由能原理（Free-Energy Principle, FEP）设计了一个神经网络模型。团队成员来自多个领域，研究通过机器人模拟实验验证了模型的有效性，揭示了感觉运动学习对语言组成性的深远影响。
研究团队提出的模型整合了视觉、本体感受和语言，并基于自由能原理框架进行设计。模型的核心是变分递归神经网络（ PV-RNN），它通过学习数据中的概率结构来生成语言与感觉运动的关联。此外，研究引入了参数偏见（parametric bias, PB）向量，这是一种低维潜在状态媒介，用于编码语言与动作之间的关系。
实验中，研究人员使用机器人手臂模拟了多种任务组合，并观察模型在未学习的动词-名词组合上的表现。结果显示，当训练任务的变化增加时，模型的概括能力显著提升。这是因为语言潜在状态空间中的组成结构受到感觉运动学习的显著影响。此外，通过消融实验，研究发现视觉注意力和工作记忆模块是生成准确的视觉-运动序列的关键。这些发现为理解语言组成性与感觉运动经验的交互机制提供了重要的理论支持。研究发表在 Science Robotics 上。
#认知科学 #语言组成性 #感觉运动学习 #自由能原理
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Vijayaraghavan, Prasanna, et al. “Development of Compositionality through Interactive Learning of Language and Action of Robots.” Science Robotics, vol. 10, no. 98, Jan. 2025, p. eadp0751. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/scirobotics.adp0751
伦敦出租车司机揭秘：提前锁定关键路口实现极速导航
本研究探讨伦敦出租车司机如何在复杂城市环境中高效规划路线。国际团队（包括Daniel McNamee、Pablo Fernandez Velasco、Hugo Spiers等，来自Champalimaud 基金会、伦敦大学学院和约克大学）通过真实任务记录司机规划过程，发现他们在离线思维时预先锁定关键路口，从而构建整体路线。
研究采用口头规划任务，让43名伦敦出租车司机在给定起点与目标后，口述规划经过315条不同街道的路线，并记录其响应时间。首先记录司机在开始口述前的“离线思维时间”（offline thinking time，指司机默想路线的时长），随后记录“在线阶段”（online phase，即司机口头表达各街道名称之间的时间间隔）。
结果显示，司机在离线阶段便“非本地预缓存”（non-local precaching，指提前锁定关键决策点）远处且复杂的交叉口，而非按实际行驶顺序依次规划；同时，面对较长的街道，司机的思考时间明显延长，体现出对现实空间结构的敏感性。通过计算模型分析，研究发现路径复杂度可以独立预测规划时的决策优先级。这种基于关键路口优先的规划策略远比传统逐步搜索算法高效，为揭示专家级人类直觉与推理机制以及未来优化人工智能（AI）算法提供了重要依据。研究发表在 PNAS 上。
#认知科学 #路线规划 #人类直觉 #AI算法
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Fernandez Velasco, Pablo, et al. “Expert Navigators Deploy Rational Complexity–Based Decision Precaching for Large-Scale Real-World Planning.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 122, no. 4, Jan. 2025, p. e2407814122. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2407814122
AI模仿幼儿学习，揭示语言动作组合新机制
为探索语言与动作组合性的发展机制，冲绳科学技术研究所认知神经机器人团队利用PV-RNN及预测编码、主动推断方法，通过机器人臂模拟实验，证明增加任务变化可显著提升未学动词名词组合泛化能力，为理解人类认知发展提供新视角。
本研究提出基于PV-RNN（Predictive coding inspired, Variational Recurrent Neural Network）的AI系统，该系统整合视觉、本体感受和语言进行训练。研究人员采用预测编码（Predictive Coding，指大脑预测感官输入以减少误差的机制）和主动推断（Active Inference，通过调整行为以最小化预测与实际差异的过程）方法，使模型在数据量极小的情况下实现组合性学习。通过机器人臂模拟实验，结果表明，增加任务组合变化能显著提升模型对未接触动词名词组合的泛化能力，其内部语言潜在状态空间自组织出组合性结构（Compositionality，指将整体分解为可重复利用部分的能力）。此外，消融实验显示，视觉注意力和工作记忆对于准确生成视觉运动序列至关重要。该研究成果在提升模型透明性与安全性方面表现出优势，为认知科学与AI发展提供了重要理论依据。研究发表在 Science Robotics 上.
#认知科学 #PV-RNN #预测编码 #主动推断 #组合性
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Vijayaraghavan, Prasanna, et al. “Development of Compositionality through Interactive Learning of Language and Action of Robots.” Science Robotics, vol. 10, no. 98, Jan. 2025, p. eadp0751. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/scirobotics.adp0751
视觉对称性提升记忆表现并调控大脑激活模式
本研究聚焦视觉对称性在工作记忆中的作用。研究团队包括Izabela Maria Sztuka & Simone Kühn等，利用行为实验和功能性近红外光谱（fNIRS）技术，探讨对称刺激对信息编码与大脑皮质激活的影响，结果显示对称刺激显著提升记忆准确率和反应速度，同时在多个脑区呈现特异性激活模式。
研究采用延迟匹配样本任务（Delayed Matching to Sample，记忆任务中要求参与者在短暂编码后回忆目标位置）进行实验，共设置288次试验，在低高记忆负载条件下呈现对称与不对称刺激。参与者需快速准确定位目标位置，期间通过fNIRS技术监测大脑皮质的氧合血红蛋白（HbO）及脱氧血红蛋白（HbR）变化。数据表明，对称刺激（尤其是对角线对称）在高负荷条件下能显著提高任务表现，其记忆准确率与反应速度均优于不对称刺激。
同时，fNIRS结果显示，前额叶皮层及后顶叶皮层等区域在处理对称刺激时出现HbO降低现象，而左眶额皮层）和右腹外侧前额叶皮层则呈现HbO及HbR增加。研究成果揭示了视觉对称性通过优化信息编码和注意力分配，促进工作记忆效能的神经认知机制，研究发表在 Scientific Reports 上。
#认知科学 #工作记忆 #视觉对称性 #功能性近红外光谱
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Sztuka, Izabela Maria, and Simone Kühn. “Neurocognitive Dynamics and Behavioral Differences of Symmetry and Asymmetry Processing in Working Memory: Insights from fNIRS.” Scientific Reports, vol. 15, no. 1, Feb. 2025, p. 4740. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-84988-8
单导联心电图与深度神经网络助力非侵入性心衰预警
本研究聚焦心衰预警，由麻省理工学院、哈佛医学院和马萨诸塞州总医院团队开展，采用单导联心电图与深度神经网络开发CHAIS系统，实现非侵入性左心房压力监测并获得良好预测效果。
▷模型开发与评估。Credit: Communications Medicine (2025).
在本研究中，研究人员采用单导联心电图数据作为输入，通过构建深度神经网络模型，识别左心房压力升高的情况。研究团队首先利用来自马萨诸塞州总医院的6739个样本进行模型开发和内部评估，得到检测左心房压力异常时接收者操作特征曲线下的面积（area under the receiver operating characteristic curve，衡量分类器性能的指标）为0.80。
随后，他们在另一机构提供的4620个样本上进行外部验证，模型性能达到0.76。为进一步检验实际应用效果，研究人员对接受右心导管插入术的患者进行前瞻性试验，结果显示，在手术前1.5小时采集的贴片监测数据中，模型的接收者操作特征曲线下的面积高达0.875。该研究证明了CHAIS系统在门诊心脏血流动力学监测中的应用潜力，为心衰风险预警提供了坚实数据支持。研究发表在 Communications Medicine 上。
#认知科学 #心衰预警 #单导联心电图 #深度神经网络 #非侵入性检测
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Schlesinger, Daphne E., et al. “Artificial Intelligence for Hemodynamic Monitoring with a Wearable Electrocardiogram Monitor.” Communications Medicine, vol. 5, no. 1, Jan. 2025, pp. 1–8. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s43856-024-00730-5
工作记忆如何影响我们的决策策略
日常决策中，人们依赖习惯或目标导向策略，但决定这两种策略平衡的因素尚不明确。中国科学院合肥物质科学研究院的团队通过行为实验和计算模型，揭示了工作记忆限制在决策中的关键作用。他们提出的Hybrid-WM模型比经典模型更准确地反映了在各种条件下的决策过程。
▷模拟结果表明，混合-WM 模型优于经典混合-PRE 模型。 Credit: Yang Lizhuang
研究团队使用了两阶段决策任务的实验数据，发现工作记忆的两个特定变量——延迟（delay）和负载（load）——会影响目标重访行为。研究人员提出了工作记忆参与信息处理的计算机制，并将其整合到基于模型的系统中。提出的Hybrid-WM模型比经典的混合强化学习模型更好地再现了实验效果并拟合了人类行为。这些结果在独立数据集上得到了验证。此外，模型参数的差异解释了与年龄相关的序列决策差异。总体而言，研究表明工作记忆在基于模型的策略中指导行动评估，突出了高级认知功能对序列决策的贡献。研究发表在 Journal of Cognitive Neuroscience 上。
#认知科学 #工作记忆 #决策策略 #Hybrid-WM模型 #强化学习
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Zuo, Zhaoyu, et al. “Working Memory Guides Action Valuation in Model-Based Decision-Making Strategy.” Journal of Cognitive Neuroscience, vol. 37, no. 1, Jan. 2025, pp. 86–96. Silverchair, https://doi.org/10.1162/jocn_a_02237
学习进步驱动深度任务参与和认知控制
深度参与活动是实现目标的关键，但如何在现实生活中保持这种状态？Hairong Lu、Dimitri Van der Linden和Arnold B. Bakker等研究人员通过实验探讨了学习进步（Learning Progress, LP）如何影响任务参与和认知控制。他们设计了一个游戏化任务，结合脑电图技术，揭示了学习进步与任务参与度及认知控制的关系。
研究人员设计了一个游戏化任务，参与者通过强化学习过程为小矮人提供果汁。通过计算每个任务阶段的学习进步，并结合脑电图（EEG）测量，研究人员发现学习进步与任务参与度（表现为心流体验和低分心度）显著相关。脑电图数据显示，学习进步与增强的主动准备（如减少的预刺激偶然负变，CNV）和改善的反馈处理（如增加的P3b振幅）相关。此外，顶叶α波去同步化（parietal alpha desynchronization）表明学习进步调节了认知控制，抑制了默认模式网络（DMN）的激活并增强了注意力功能。研究结果强调了学习进步在维持任务参与和认知控制中的关键作用。研究发表在 NeuroImage 上。
#认知科学 #学习进步 #心流状态 #脑电图 #认知控制
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“The Neuroscientific Basis of Flow: Learning Progress Guides Task Engagement and Cognitive Control.” NeuroImage, vol. 308, Mar. 2025, p. 121076. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121076
不喜欢音乐的人也会跟着摇摆
音乐性快感缺失者通常无法从音乐中获得愉悦感，但他们是否会对音乐产生生理反应？康科迪亚大学的Isaac Romkey及其团队通过在线实验，使用节奏和和声复杂度不同的音乐刺激，测量了音乐性快感缺失者和对照组的groove反应。结果显示，两组在groove反应上没有显著差异，表明移动的冲动可能补偿了音乐性快感缺失者的愉悦感缺失。
研究团队使用了一系列节奏和和声复杂度不同的音乐刺激，通过在线实验测量了148名参与者（包括17名音乐性快感缺失者和17名对照组）的groove反应。参与者被要求评价每首曲子带来的愉悦感和想要移动的冲动。结果显示，两组在groove反应上没有显著差异。中介分析表明，对于音乐性快感缺失者，想要移动的冲动完全中介了节奏和和声复杂度对愉悦感的影响。这表明，移动的冲动可能补偿了音乐性快感缺失者的钝化愉悦感。研究发表在 PLOS One 上。
#认知科学 #音乐性快感缺失 #groove反应 #背侧纹状体 #腹侧纹状体
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Romkey, Isaac D., et al. “The Pleasurable Urge to Move to Music Is Unchanged in People with Musical Anhedonia.” PLOS ONE, vol. 20, no. 1, Jan. 2025, p. e0312030. PLoS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0312030
类脑神经网络模仿人类的关系学习能力
人类和动物具有学习物体或事件之间关系的能力，这种能力被称为“关系学习”，但其生物学基础尚不明确。旧金山 ML Collective 的 Thomas Miconi 和哥伦比亚大学的 Kenneth Kay 合作，使用具有突触可塑性的类脑人工神经网络，揭示了关系学习的神经机制。
▷塑性神经网络图。这些网络类似于传统神经网络，但包括可塑连接（红色），这些连接可以因网络自身产生的可塑性信号（循环中的红色箭头）而改变。Credit: Thomas Miconi and Kenneth Kay.
研究人员使用了一种具有突触可塑性（神经网络能够根据活动改变连接强度）的人工神经网络，并通过元学习方法训练网络。他们发现，这种网络能够模仿人类和动物在传递推理任务中的行为模式，并且能够进行知识重组。研究还揭示了两种不同的学习机制：一种较为简单，仅支持一般关系学习；另一种更为复杂，能够支持知识重组。这些发现为理解关系学习的神经机制提供了新的视角，并可能为未来的认知科学研究提供重要工具。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#认知科学 #关系学习 #神经网络 #突触可塑性 #元学习
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Miconi, Thomas, and Kenneth Kay. “Neural Mechanisms of Relational Learning and Fast Knowledge Reassembly in Plastic Neural Networks.” Nature Neuroscience, vol. 28, no. 2, Feb. 2025, pp. 406–14. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01852-8
善意与恶意创造力：脑活动模式的共性与差异
创造力可以驱动社会发展，但其背后的神经活动尚不明确。华东师范大学心理与认知科学学院的郝宁团队使用功能磁共振成像技术，探索了善意和恶意创造性观念生成的脑活动差异。研究发现，两者既有共性，也存在显著不同。
研究团队使用功能磁共振成像技术收集了48名健康被试的脑活动数据，被试需完成善意创造性观念生成任务、恶意创造性观念生成任务及普通创造性情境任务。分析其行为数据，如观点的新颖性、善意性或恶意性。结果发现，善意和恶意创造性观念生成有共享的“创意引擎”，即两者均伴随着额中回和额上回的显著激活。恶意创造性观念生成伴随右侧中央岛盖（right rolandic operculum）、缘上回（supramarginal gyrus）和角回（angular gyrus）等脑区更强的激活，且功能连接强度更低。善意创造性观念生成则涉及更广泛的脑区协作和网络整合。研究发表在 Cerebral Cortex 上。
#认知科学 #创造力 #功能磁共振成像 #脑活动
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Gao, Zhenni, et al. “Neural Correlates Underlying Creative Ideation Associated with Malevolent or Benevolent Intentions.” Cerebral Cortex, vol. 35, no. 2, Feb. 2025, p. bhaf010. Silverchair, https://doi.org/10.1093/cercor/bhaf010
25年医疗数据革命：电子健康记录开启精准医疗新时代
该研究回顾电子健康记录在医学研究中二次利用与互操作性的发展。彭宁顿生物医学研究中心和上海第六人民医院的研究人员采用文献系统检索法，整理了2000至2024年的2212项研究，为医疗数据创新应用提供了丰富依据。
▷电子健康记录的未来景观。Credit: Journal of Medical Internet Research (2024).
本研究采用文献检索方法，在 PubMed、Scopus 和 Web of Science 数据库中使用“电子健康记录”、“电子病历”和“医学研究”等关键词，对2000至2024年间的文献进行筛选，共检索到2212项研究，其中2102项（93.03%）符合纳入标准。分时段分析显示，2000-2009年文献1079项，2010-2019年582项，2020-2023年251项，2024年190项。研究结果揭示了电子健康记录从最初的简单数字化记录到依托大数据分析和人工智能的深度应用演变过程，为精准医疗、公共卫生监控及流行病学研究等领域提供了重要数据支持。该研究发表在 Journal of Medical Internet Research 上。
#认知科学 #电子健康记录 #医学研究 #大数据
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Shen, Yun, et al. “Twenty-Five Years of Evolution and Hurdles in Electronic Health Records and Interoperability in Medical Research: Comprehensive Review.” Journal of Medical Internet Research, vol. 27, no. 1, Jan. 2025, p. e59024. www.jmir.org, https://doi.org/10.2196/59024
社交聊天机器人有效缓解大学生孤独感和社交焦虑
随着人工智能技术的发展，社交聊天机器人成为缓解心理健康问题的新工具。乌山国立科学技术院健康科学与技术研究生院的Dooyoung Jung团队与韩国大学安岩医院精神科的Chul-Hyun Cho合作，研究了社交聊天机器人对大学生心理健康的影响。他们使用"Iruda 2.0"聊天机器人，招募176名大学生进行为期4周的互动实验，通过标准化量表和访谈评估效果。结果显示，聊天机器人显著降低了参与者的孤独感和社交焦虑水平。
研究采用单组前后对照设计（single-group pre-post study），参与者与"Iruda 2.0"聊天机器人互动4周。使用UCLA孤独量表和Liebowitz社交焦虑量表在基线、第2周和第4周进行评估。数据分析采用方差分析和逐步线性回归。结果显示，参与者的孤独感在第2周显著降低，社交焦虑在第4周显著降低。基线孤独感、自我披露和韧性是第4周孤独感的显著预测因素（R2=0.64），基线社交焦虑显著预测第4周社交焦虑（R2=0.65）。定性分析显示，聊天机器人的同理心和支特是其可靠性的特点，但偶尔不一致的回应和过度热情会打断用户沉浸感。研究发表在 Journal of Medical Internet Research 上。
#认知科学 #社交聊天机器人 #孤独感 #社交焦虑 #人工智能
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Kim, Myungsung, et al. “Therapeutic Potential of Social Chatbots in Alleviating Loneliness and Social Anxiety: Quasi-Experimental Mixed Methods Study.” Journal of Medical Internet Research, vol. 27, no. 1, Jan. 2025, p. e65589. www.jmir.org, https://doi.org/10.2196/65589
ChatGPT 在心理治疗中的表现优于人类治疗师
随着生成式人工智能的发展，机器能否成为治疗师的问题受到越来越多的关注。俄亥俄州立大学的 H. Dorian Hatch 及其团队通过一项涉及 800 多名参与者的实验，比较了 ChatGPT 和心理治疗师在夫妻治疗案例中的回复，发现 ChatGPT 的回复在核心心理治疗原则方面评分更高。
研究团队设计了 18 个夫妻治疗案例，要求 ChatGPT 和心理治疗师分别撰写回复。830 名参与者需要判断回复的来源，并对回复的核心心理治疗指导原则进行评分。结果显示，参与者很难区分 ChatGPT 和治疗师的回复，且 ChatGPT 的回复在共情、指导性等关键原则上评分更高。进一步分析显示，ChatGPT 的回复更长，使用更多名词和形容词，可能提供了更广泛的上下文。
研究还发现，ChatGPT 的语言模式与治疗师不同，这可能解释了其回复的高评分。这一发现表明，ChatGPT 在心理治疗中具有潜力，可能改善治疗过程。研究团队呼吁心理健康专家提高技术素养，以确保 AI 模型在治疗环境中的安全和有效使用。研究发表在 PLOS Mental Health 上。
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Hatch, S. Gabe, et al. “When ELIZA Meets Therapists: A Turing Test for the Heart and Mind.” PLOS Mental Health, vol. 2, no. 2, Feb. 2025, p. e0000145. PLoS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pmen.0000145
AI 模型在简单文本理解测试中仍落后于人类
罗维拉·伊·维吉尔大学（URV）的研究团队，由 Vittoria Dentella 领导，分析了七种人工智能模型在理解语言方面的能力，并将它们与人类的能力进行了比较。研究结果显示，尽管这些模型在某些特定任务上取得了成功，但在简单的文本理解测试中，它们并没有达到与人类相当的水平。
▷语言任务准确性下降。Credit: Scientific Reports (2024).
研究人员向七个 AI 模型（Bard、ChatGPT-3.5、ChatGPT-4、Falcon、Gemini、Llama2 和 Mixtral）提出了 40 个问题，使用简单的语法结构和常用动词。同时，一组 400 名母语为英语的人被问及同样的问题，并将他们回答的准确性与LLMs的回答进行了比较。每个问题重复三次以评估回答的一致性。人类平均准确率为 89%，远高于 AI 模型，其中表现最好的（ChatGPT-4）提供了 83%的正确答案。结果显示文本理解技术在性能上存在很大差异：除了 ChatGPT-4 之外，没有哪个LLMs的准确率超过 70%。面对重复问题时，人类的一致性也更高，87%的情况下保持了答案。另一方面，在文本理解模型的情况下，准确率在 66%到 83%之间。研究发表在 Scientific Reports 上。
#认知科学 #人工智能 #语言理解 #文本理解测试
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Dentella, Vittoria, et al. “Testing AI on Language Comprehension Tasks Reveals Insensitivity to Underlying Meaning.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Nov. 2024, p. 28083. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-79531-8
孕期少量饮酒也会影响孩子面部和大脑发育
孕期饮酒对胎儿发育的影响一直是医学界关注的重点，尤其是低水平酒精暴露是否会导致胎儿面部和大脑发育的变化。墨尔本大学的Evelyne Muggli和Alicia Spittle团队通过一项长达十年的研究，探讨了这一问题。研究使用3D成像技术分析了儿童在12个月和6至8岁时的面部形状，并通过MRI扫描评估了大脑发育情况。
研究团队在澳大利亚墨尔本进行了一项前瞻性队列研究，招募了549名6至8岁的儿童，使用3D颅面成像技术（3D craniofacial imaging）分析了他们在12个月和6至8岁时的面部形状。通过主成分分析和基于响应的预测器（RIP, Response-based Imputed Predictor）得分，研究人员独立评估了63个面部模块的变化。研究发现，孕期酒精暴露与儿童眼睛和鼻子形状的微妙变化相关，无论暴露仅发生在孕早期还是整个孕期。这些变化在6至8岁时仍然存在，但与胎儿酒精谱系障碍（FASD）的特征不同。此外，MRI扫描显示，孕期持续酒精暴露与大脑特定区域（如右侧尾状前扣带回）的连接减弱有关，但未发现明显的认知或行为差异。研究发表在 JAMA Pediatrics 上。
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Muggli, Evelyne, et al. “Low to Moderate Prenatal Alcohol Exposure and Facial Shape of Children at Age 6 to 8 Years.” JAMA Pediatrics, Feb. 2025. Silverchair, https://doi.org/10.1001/jamapediatrics.2024.6151
大脑通过“分支通道”实现信息稳定与更新的平衡
大脑如何在维持信息稳定的同时灵活更新信息，是神经科学的一个关键问题。东京大学国际神经智能研究中心（WPI-IRCN）和东北大学的研究团队通过训练猴子执行反...
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