█ 神经科学
ABHD6抑制可有效防止小鼠肥胖
大脑如何根据行为状态调整视觉信息处理
大脑如何稳定神经表征？振荡与瞬态在预测处理中的作用
脑如何将视网膜图像转化为自我中心空间模型
睡眠中呼吸如何促进大脑记忆强化
人体能自制“安眠药”，或能替代危险的阿片类止痛药
全新的“大脑核心”区域——灵长类动物中央小凹核心
█ 认知科学
Nature：同样的决策任务，不同的大脑机制
认知科学中的潜在维度：理解大脑如何推断心理表征
人类如何在复杂任务中持续适应并保持稳定
LLMs的表现提升与大脑反应越来越相似
AI偏见会加剧人类的固有偏见，形成恶性循环
婴儿的心跳可能是他们说出第一句话的关键
大脑思维速度：为什么我们只能思考每秒10位信息？
AI接受性格测试时，会主动调整答案以更符合社会期望
新型针织触觉套模拟真实的触感
新一代衰老时钟：利用血液数据预测健康风险和寿命
问题赌徒的大脑更依赖慢速学习，难以规避损失
人工智能也有“偏见”？语言模型展现“我们与他们”倾向
发现人类记忆新过程：除了回忆和熟悉，还存在“情境熟悉度”
“机器心理学”：让AI像人类一样学习和思考
GenEx：仅凭一张图片构建完整世界
大模型在测试中也表现出类似痴呆症的认知能力下降
首次实验证明大语言模型也会假装对齐
AI聊天机器人可以检测种族，但种族偏见会降低反应同理心
█ 大脑健康
VU319首次临床试验成功，阿尔茨海默病治疗迎来新希望
个性化音乐疗法显著减轻晚期痴呆症患者的痛苦与焦虑
你的生活方式可能会让大脑老化的速度比你想象的要快
Nature：细胞邻近效应揭示了大脑衰老与恢复的秘密
微型大脑揭示线粒体突变对脑细胞的影响
奖励反应减弱预测青少年抑郁症首次发作
GPT-4助力社交焦虑症早期识别，准确度达84%
迷走神经刺激可缓解严重抑郁症
深部脑刺激如何改善认知灵活性，助力心理健康治疗
海马体炎症对雌雄小鼠行为的不同影响
睡眠呼吸存在问题的人，海马体可能更大
可穿戴设备揭示最快乐的睡眠时间
偏执可能和视觉问题有关
█ AI驱动科学
体感电刺激影响运动决策，加速手部选择过程
激光神经元以10 GBaud速度超越生物神经元
微型机器人如何像蚂蚁一样共同工作
Cell：失聪者如何通过触觉感知声音？
小鼠也能体验虚拟现实！
Cell：化学遗传学技术助力精准缓解疼痛
新型微流体装置成功重建大脑神经元网络
AI代理协作系统帮助科学家自动发现新材料
毫米级线圈实现精确大脑刺激，减少副作用
MovieNet：让AI像人类一样理解视频，准确率超越传统技术
GenePT：一种无需预训练的高效基因和细胞嵌入生成方法
新型机器学习框架助力糖尿病并发症早期预测
视觉植入物为何未能“落地”？
EpiCare：评估医疗保健中的强化学习应用
利用人工智能实时解读美国手语
随机噪声预训练提升神经网络学习效率，无需重量传输
混合机器学习模型更准确地预测金融市场波动
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ABHD6抑制可有效防止小鼠肥胖
大脑中内源性大麻素的作用与食物摄入和能量消耗密切相关，调节这些分子的作用可能为抗肥胖治疗提供新思路。蒙特利尔大学附属医院研究中心的Stephanie Fulton及其团队多年来一直在研究大脑神经系统如何调节食欲、运动和新陈代谢对情绪的影响。他们的最新研究揭示了ABHD6酶在小鼠体重控制和行为激励中的关键作用。
研究团队通过删除小鼠伏隔核中的ABHD6基因，发现这些小鼠在高脂饮食下体重没有增加，反而表现出更高的运动兴趣。与对照组相比，这些小鼠花更多时间在跑轮上，表现出明显的活跃行为。此外，研究还通过注射ABHD6抑制剂，进一步证实了这一现象：这种抑制剂不仅防止了肥胖的发生，还促进了体重的减少，且未引发焦虑或抑郁行为。这项研究表明，ABHD6在大脑中对体重和动机行为的调控具有特定的功能作用，抑制ABHD6有可能成为一种新的抗肥胖治疗手段。研究发表在 Nature Communications 上。
#神经科学 #肥胖 #内源性大麻素 #体重控制 #运动激励
阅读论文：
Lau, David, et al. “ABHD6 Loss-of-Function in Mesoaccumbens Postsynaptic but Not Presynaptic Neurons Prevents Diet-Induced Obesity in Male Mice.” Nature Communications, vol. 15, no. 1, Dec. 2024, p. 10652. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-024-54819-5
阅读障碍与大脑多区域的结构差异密切相关
阅读障碍是一种常见的学习障碍，与基因有一定关系。马克斯·普朗克心理语言学研究所的研究团队，采用了大规模的基因组和脑部影像数据，分析了阅读障碍的遗传背景和大脑结构之间的关系。通过分析超过100万人的遗传数据，他们揭示了多种遗传变异如何影响大脑的不同区域。
本研究分析了23andMe公司提供的超过100万人的遗传数据，计算了与阅读障碍相关的“多基因评分”，并将其与30,000多名成年人来自英国生物银行的脑部扫描数据进行对比。研究发现，具有较高遗传倾向的个体，在大脑与运动协调、语言处理以及视觉相关的区域表现出结构差异。例如，运动皮层的体积较小，而视觉皮层的体积则较大。此外，研究还发现，内囊等大脑深部白质区域的结构变化，与阅读障碍及其他如注意力缺陷多动障碍（ADHD）、教育程度等特征相关。这些发现揭示了阅读障碍的遗传和神经生物学特征，并有助于未来个性化的早期诊断和干预。研究发表在 Science Advances 上。
#神经科学 #阅读障碍 #基因变异 #大脑结构 #遗传学
阅读论文：
Soheili-Nezhad, Sourena, et al. “Distinct Impact Modes of Polygenic Disposition to Dyslexia in the Adult Brain.” Science Advances, vol. 10, no. 51, Dec. 2024, p. eadq2754. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adq2754
大脑如何根据行为状态调整视觉信息处理
行为状态对视觉处理的影响一直是神经科学研究的热点。法兰德斯神经电子研究中心（NERF）的Vincent Bonin和团队，结合先进的双光子成像技术，探讨了视觉信息在丘脑和视觉皮层中的处理机制。研究表明，行为状态（如安静、运动、麻醉）会显著调节视觉信号的传递方式，揭示了大脑在不同状态下对视觉信息的适应性。
在这项研究中，研究人员使用双光子成像技术，观察了小鼠在清醒、运动及麻醉状态下的丘脑（dLGN）神经元活动，并分析了视觉刺激对小鼠反应的影响。研究发现，当小鼠看到鼻部运动时，瞳孔扩张，并且在安静的清醒状态下，视觉信息的处理更加敏感，甚至会引起小鼠的运动行为。研究还发现，丘脑中的神经元对视觉运动的反应，在不同的行为状态下表现出不同的调节效果。运动状态下，视觉反应的强度减弱，而在麻醉状态下则几乎完全消失。通过分析这些动态变化，研究揭示了视觉信息在视觉丘脑皮层通路中的整体保持，尽管行为状态可以改变早期视觉神经元的调谐方式。这项研究表明，行为状态对视觉信息的处理具有重要影响，未来可能有助于我们更好地理解大脑如何根据环境和任务需求调整感官输入。研究发表在 Cell Reports 上。
#神经科学 #丘脑 #视觉皮层 #神经元活动
阅读论文：
Socha, Karolina Z., et al. “Behavioral Modulations Can Alter the Visual Tuning of Neurons in the Mouse Thalamocortical Pathway.” Cell Reports, vol. 43, no. 12, Dec. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114947
大脑如何稳定神经表征？振荡与瞬态在预测处理中的作用
本研究探讨了大脑两种主要神经动态——振荡和瞬态——在大脑预测处理中的作用。研究团队通过对已有文献和神经动力学模型的分析，评估了伽马节律和阿尔法/贝塔节律在预测处理中的功能。研究发现，振荡主要在具有高时空可预测性的感觉输入中发挥作用，帮助稳定神经表征并支持神经可塑性过程，尤其是在感觉处理的后期阶段。相比之下，瞬态动态（transients）则在快速感觉推理过程中更为重要，尤其是当感官输入具有不确定性时。
此外，研究者还提出，经典的层次性预测编码理论（HPC）可能无法完全解释这些动态现象，而树突预测编码（dendritic HPC）更能反映生物学中的实际情况。这些发现有助于深化我们对大脑如何进行感知推理和预测处理的理解，并可能影响未来的神经科学研究和应用。研究发表在 Trends in Cognitive Sciences 上。
#神经科学 #预测处理 #神经动态 #振荡 #瞬态动态
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Vinck, Martin, et al. “Large-Scale Interactions in Predictive Processing: Oscillatory versus Transient Dynamics.” Trends in Cognitive Sciences, vol. 0, no. 0, Oct. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.09.013
脑如何将视网膜图像转化为自我中心空间模型
最新研究探讨了动物如何从复杂的视网膜输入中生成与自身身体相关的空间模型，以帮助其进行有效的行为规划。研究人员通过回顾不同物种的大脑中视网膜中心（视网膜为参考系）和自我中心（以头部或身体为参考系）参考框架的证据，探索了如何通过整合视觉信息和身体运动生成自我中心的空间表征。
研究发现，视网膜输入通常依赖于视网膜坐标系进行编码，但动物需要将这些信息转化为自我中心坐标系来指导行为。具体来说，大脑通过结合眼球、头部或身体位置等信息来完成这一转换，帮助动物进行更有效的导航和运动规划。此外，研究还探讨了如何将距离信息与自我中心空间信息结合，创造局部空间的三维表示，并保持这些空间表征在视觉输入丧失后的独立性。该研究为理解大脑如何处理空间信息并维持与行为相关的空间模型提供了重要视角，推动了神经科学中空间表征的研究。研究发表在 Trends in Cognitive Sciences 上。
#神经科学 #空间表征 #自我中心参考系 #视网膜输入 #行为规划
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Martins, Dylan M., et al. “Building Egocentric Models of Local Space from Retinal Input.” Current Biology, vol. 34, no. 23, Dec. 2024, pp. R1185–202. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.10.057
睡眠中呼吸如何促进大脑记忆强化
西北大学的一项新研究揭示了呼吸节律在睡眠期间如何影响大脑的海马体脑电波，从而促进记忆的巩固。Christina Zelano、Andrew Sheriff等人通过同步记录大脑活动和呼吸数据，首次证明了呼吸对海马脑电波的协调作用。这一发现为睡眠中的记忆巩固提供了新的解释，并揭示了睡眠呼吸障碍可能对认知产生负面影响。
研究人员使用脑电图和呼吸监测设备同步记录睡眠中的大脑活动，发现海马体中的慢波、纺锤波和波纹等脑电波并非随机出现，而是与呼吸节律密切耦合。特别是，呼吸在睡眠期间以大约每3至6秒一次的频率驱动了海马体的缓慢脑电波，这一现象可能是记忆巩固过程的关键。研究进一步表明，睡眠振荡的协调和呼吸节律的配合促进了记忆的强化。研究结果发表在 Proceedings of the National Academy of Sciences 上。
#神经科学 #睡眠记忆 #海马体 #呼吸节律 #大脑健康
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Rasdall, Marselle A., et al. “Primary Visual Pathway Changes in Individuals With Chronic Mild Traumatic Brain Injury.” JAMA Ophthalmology, Nov. 2024. Silverchair, https://doi.org/10.1001/jamaophthalmol.2024.5076
人体能自制“安眠药”，或能替代危险的阿片类止痛药
利兹大学生物医学学院的Nikita Gamper教授及其合作团队，合作研究揭示了一种人体如何通过自然机制产生类似苯二氮卓类药物的肽，能够减缓疼痛感知。该研究的发现为替代有害的阿片类药物提供了新的方向，揭示了脊髓神经节中的卫星胶质细胞（SGC）在调节疼痛中的重要作用。
研究团队通过对小鼠、大鼠和人类脊髓神经节的分析，发现DBI（一种苯二氮卓结合抑制因子）在卫星胶质细胞中高度表达。通过基因敲除和过度表达DBI，实验发现DBI能够调节感觉神经元的痛觉敏感性。在小鼠模型中，抑制DBI导致了显著的机械性过敏反应，而过度表达DBI则能够有效降低机械性疼痛的感知。DBI通过作用于GABAA受体，特别是高亲和力的苯二氮卓结合位点，能够调节神经元的疼痛信号传递。这一发现为开发靶向疼痛治疗药物提供了理论基础，且该药物的作用机制不会引起阿片类药物那样的成瘾问题。研究发表在 Journal of Clinical Investigation 上。
#神经科学 #疼痛 #神经调节 #苯二氮卓类
阅读论文：
Li, Xinmeng, et al. “Peripheral Gating of Mechanosensation by Glial Diazepam Binding Inhibitor.” The Journal of Clinical Investigation, vol. 134, no. 16, Aug. 2024. www.jci.org, https://doi.org/10.1172/JCI176227
全新的“大脑核心”区域——灵长类动物中央小凹核心
人类和其他灵长类动物通过小凹来处理细节丰富的视觉信息，这对灵长类特有的视觉敏锐度、色觉和定向视觉注意力至关重要。浙江大学和浙江省重大神经外科疾病研究与转化重点实验室的研究人员，利用高空间分辨率的7T超高场功能磁共振成像技术，研究了灵长类动物大脑中央小凹核心的功能表示方式。研究结果表明，小凹的视觉表征极为复杂，并且揭示了一个全新的“大脑核心”区域。
研究人员开发了高空间分辨率的7T功能磁共振成像（fMRI）技术，用于研究清醒猕猴的大脑视觉皮层。猕猴在完成视觉任务时，注视不同大小和颜色的闪烁点。研究发现，猴子大脑中的小凹区域以环形排列，形成了八个表征点，每个大脑半球都有类似结构。这些环围绕着一个新发现的区域，被称为“小凹核心”，其内包含多个对细小刺激和高空间频率敏感的功能域。这一发现表明，小凹的功能不仅涉及视觉精度、色觉，还涉及对运动信息的处理，体现了大脑在视觉注意力和定向视觉中的专门化。这些研究为理解灵长类动物如何处理视觉信息提供了新的思路，同时也为视觉障碍的治疗研究提供了宝贵数据。研究发表在 Nature Neuroscience 上。
#神经技术 #视觉皮层 #小凹表征 #功能成像
阅读论文：
Qian, Meizhen, et al. “Multiple Loci for Foveolar Vision in Macaque Monkey Visual Cortex.” Nature Neuroscience, Dec. 2024, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01810-4
认知科学
Nature：同样的决策任务，不同的大脑机制
认知灵活性对于大脑适应外部变化至关重要，但个体间在执行相同任务时的大脑差异尚不明了。普林斯顿大学的Carlos Brody团队通过开发新任务研究了大鼠的认知灵活性，并发现了不同大脑在决策中的个体差异。
▷大鼠灵活决策的神经计算。Credit: Dr. Marino Pagan
研究人员通过训练大鼠执行基于听觉线索的决策任务，发现尽管大鼠的行为结果相似，不同大脑却使用了不同的神经机制来处理任务。通过递归神经网络（RNN）模拟，研究人员揭示了大脑中三种可能的计算方式，并验证了这些计算方式与大鼠的神经活动和行为之间的关系。此外，研究显示，大脑的神经活动在个体间存在显著差异，这种差异与行为结果之间存在密切的联系。研究结果不仅为大脑如何进行灵活决策提供了新见解，还为研究神经发育疾病的个体差异提供了新的思路。研究发表在 Nature 上。
#认知科学 #神经科学 #认知灵活性 #大脑变异性 #行为科学
阅读论文：
Pagan, Marino, et al. “Individual Variability of Neural Computations Underlying Flexible Decisions.” Nature, Nov. 2024, pp. 1–3. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08433-6
认知科学中的潜在维度：理解大脑如何推断心理表征
知科学中的心理表征虽然无法直接观察，但通过数学模型和推断算法，研究人员可以探索这些表征。尽管已有多种推断方法，如何选择适合的算法并正确解读潜在空间仍是一个挑战。本文回顾并分析了多种嵌入算法，如主成分分析（PCA）和t-SNE，探讨了这些算法如何通过处理各种数据（如神经影像数据、人类判断等）来揭示潜在的心理特征。
研究指出，潜在维度的性质与所选算法密切相关，不同的算法在处理数据时会产生不同的潜在表示。例如，有些算法可能侧重于提高预测性能，而有些则优先考虑维度的可解释性。研究表明，潜在维度的数量并不是评估其信息量的最佳标准，维度的功能性和内在结构才是更关键的指标。此外，论文还讨论了如何在不同的认知科学研究中，依据具体的研究问题来选择合适的算法，并指出尽管嵌入空间的维度可以揭示大脑的认知结构，但其解读仍然具有挑战性。研究发表在 Trends in Cognitive Sciences 上。
#认知科学 #心理表征 #潜在空间 #神经影像数据
阅读论文：
Roads, Brett D., and Bradley C. Love. “The Dimensions of Dimensionality.” Trends in Cognitive Sciences, vol. 28, no. 12, Dec. 2024, pp. 1118–31. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.07.005
人类如何在复杂任务中持续适应并保持稳定
人类如何在运动等复杂任务中适应新环境并保持稳定性一直是科学研究的难题。麻省理工学院脑与认知科学系的Nidhi Seethapathi，Bright Minds Inc.的机器人软件工程师Barrett C. Clark，以及俄亥俄州立大学机械与航空航天工程系副教授Manoj Srinivasan组成的研究团队，提出了一种新的分层模型，用于解释人类如何在不同运动环境中适应，同时保持步态稳定。
▷运动适应的分层框架。Credit: Nature Communications (2024).
该研究团队开发的模型结合了两个核心组件：一个快速反应的稳定控制器和一个通过强化学习不断优化的学习器。在模型中，稳定控制器对扰动进行即时反应，而强化学习器则通过局部探索和记忆逐渐改进控制策略。研究通过模拟多种新颖的运动环境，包括分体带跑步机（双脚以不同速度行走）、佩戴不对称腿部重量和外骨骼，成功再现了人类的运动适应现象。模型不仅有效预测了10项之前的实验结果，还能准确预示新实验中的适应行为。研究还发现，能量最小化和非对称性代价的权衡是适应过程中关键的性能指标。这一模型为康复领域和可穿戴机器人控制提供了理论基础，具有重要的应用前景。研究成果发表在 Nature Communications 上。
#认知科学 #运动适应 #强化学习 #可穿戴机器人
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Seethapathi, Nidhi, et al. “Exploration-Based Learning of a Stabilizing Controller Predicts Locomotor Adaptation.” Nature Communications, vol. 15, no. 1, Nov. 2024, p. 9498. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-024-53416-w
LLMs的表现提升与大脑反应越来越相似
随着人工智能领域，特别是大型语言模型（LLMs）研究的快速发展，越来越多的研究开始关注LLMs与人脑语言理解过程之间的相似性。哥伦比亚大学和诺斯韦尔健康范斯坦医学研究所的研究人员，借助神经外科患者的脑电图数据，研究了LLMs与大脑在语言处理上的一致性。
▷根据LLM嵌入预测大脑对语音的反应的方法，以评估各种LLMs与大脑的相似性。Credit: Gavin Mischler (Figure adapted from Mischler et al., Nature Machine Intelligence, 2024).
研究人员选择了12个开源LLMs，分析它们的性能与大脑神经反应之间的关系。通过对患者大脑中记录的神经反应与模型嵌入向量的比对，研究发现，随着LLMs性能的提升，它们的嵌入向量与大脑的神经反应越来越相似。尤其是高性能LLMs在多个层级上与大脑语言处理的层次结构高度匹配，能够在更少的层次中提取有效信息。此外，研究还表明，LLMs和大脑的处理机制在层次化特征提取和上下文信息的使用上表现出趋同的趋势。这一发现为理解LLMs与人脑的关系提供了新的视角，并为未来的模型优化指明了方向。研究发表在 Nature Machine Intelligence 上。
#认知科学 #大脑健康 #语言处理 #神经反应预测
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Mischler, Gavin, et al. “Contextual Feature Extraction Hierarchies Converge in Large Language Models and the Brain.” Nature Machine Intelligence, vol. 6, no. 12, Dec. 2024, pp. 1467–77. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s42256-024-00925-4
AI偏见会加剧人类的固有偏见，形成恶性循环
人工智能在许多领域的应用日益广泛，但其可能会放大人类固有的偏见，导致人类自身的判断更加偏激。伦敦大学学院的Tali Sharot教授和马普所计算精神病学与衰老研究中心的研究人员，通过一系列实验研究了AI系统如何影响人类的认知与判断。研究表明，AI的偏见不仅加剧了人类的偏见，还可能引发一种反馈机制，使偏见不断扩大。
这项研究的实验共涉及1401名参与者，实验任务包括面部表情评估、感知运动方向和社会判断等。研究者首先训练了一个AI系统，让其从人类的偏见数据中学习。参与者在与这个偏见AI系统互动后，他们的判断变得更加偏向AI的意见，尤其是在性别和种族判断上，例如低估女性表现和高估白人男性的能力。实验还发现，当参与者被告知他们与AI互动时，他们内化了AI的偏见，甚至未能察觉AI对他们的影响。这种偏见的放大效应明显超过了人与人之间的偏见互动，进一步证明了AI偏见的强大影响力。此外，研究也指出，当AI系统被设计得更加公正时，能够有效减少这种偏见放大的现象。研究结果发表于 Nature Human Behaviour。
#认知科学 #偏见 #人工智能 #社会判断
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Glickman, Moshe, and Tali Sharot. “How Human–AI Feedback Loops Alter Human Perceptual, Emotional and Social Judgements.” Nature Human Behaviour, Dec. 2024, pp. 1–15. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41562-024-02077-2
婴儿的心跳可能是他们说出第一句话的关键
休斯顿大学的Jeremy I. Borjon与团队开展了一项关于婴儿语言发育的研究。研究探讨了婴儿语言发声时机与心率波动之间的关系，发现婴儿心率的波动与语言发音的时机、持续时间以及是否能被识别为单词直接相关。
▷心率的相位与婴儿发声的时间和声学特性有关。Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024).
在这项研究中，Borjon及其团队观察并记录了34名18至27个月大婴儿在与看护者玩耍时发出的2708个声音样本，同时监测婴儿的心率波动。结果发现，当婴儿的心率波动到达高峰或低谷时，他们发声的几率增加。尤其是在心率减缓的低谷时，婴儿发出的声音更容易被他人识别为单词。此外，在心率高峰时，发出的声音持续时间较长。这表明，婴儿语言的发音时机与心率波动密切相关，心率波动的规律性可能对语言发育起到调节作用。研究的结果为我们提供了对语言发育的生理机制和早期语言障碍识别的新认识，具有重要的理论和实际意义。研究发表在 PNAS 上。
#认知科学 #婴儿语言发育 #心率波动 #语言障碍 #发音
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Borjon, Jeremy I., et al. “Recognizability and Timing of Infant Vocalizations Relate to Fluctuations in Heart Rate.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 121, no. 52, Dec. 2024, p. e2419650121. pnas.org (Atypon), https://doi.org/10.1073/pnas.2419650121
大脑思维速度：为什么我们只能思考每秒10位信息？
加州理工学院的研究人员对人类思维的速度进行了量化，发现大脑处理信息的速度为每秒10位比特，远远低于感官系统的处理速度（每秒1万亿比特）。这一研究由Jieyu Zheng、Markus Meister完成，并结合大量文献，通过信息论方法进行了分析，提出了大脑信息处理的悖论：为什么我们的大脑思维如此缓慢，且一次只能处理一个问题？
该研究通过信息论（Information Theory）中的方法，分析了人类在不同活动中的信息处理速度，包括阅读、写作、解魔方和玩游戏等。研究发现，人类的大脑只能处理每秒10位的比特数据，而我们感官系统以每秒1万亿比特的速度接收信息，二者之间的巨大差异提出了“处理悖论”。研究还发现，大脑在进化过程中可能已经习惯于一次专注于一条思维路径，而这也许是因为早期人类的大脑主要用于导航任务，需要集中处理少量信息。梅斯特教授表示，未来的神经科学研究应探索这一悖论，并关注大脑如何编码这一“思维限速”。研究结果发表在 Neuron 期刊上。
#认知科学 #神经科学 #信息处理 #大脑速度 #神经元
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Zheng, Jieyu, and Markus Meister. “The Unbearable Slowness of Being: Why Do We Live at 10 Bits/s?” Neuron, vol. 0, no. 0, Dec. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.11.008
AI接受性格测试时，会主动调整答案以更符合社会期望
随着大语言模型（LLMs）在研究中的广泛应用，了解它们的偏差尤为重要。Aadesh Salecha及其团队通过经典的五大性格测试（Big 5）研究了LLMs的行为，发现当模型意识到自己正在接受性格评估时，它们会调整回答，倾向于提供更符合社会期望的答案。
▷随着提示 (Qn) 中提出的问题数量增加，GPT-4 对“五大”调查问题的回答越来越接近社会期望的范围。Credit: Salecha et al.
研究人员通过系统地增加性格测试问题的数量，观察LLMs在性格测试中的表现。结果发现，当模型意识到自己正在被评估时，它们会调整性格测试的答案，使得回答倾向于社会上更受欢迎的特征（如外向性提高，神经质降低）。这一“社会愿望偏差”在所有测试的模型中普遍存在，包括GPT-4、Claude 3、Llama 3和PaLM-2等。GPT-4的回答变化幅度最大，社会期望性格分数上升了超过1个标准差，而Llama 3则为0.98个标准差。研究还表明，尽管问题的顺序或措辞变化有所影响，但这种偏差并不会完全消失。这一发现提示，在使用LLMs代替人类进行性格评估时，必须考虑到模型可能出现的社会愿望偏差，从而影响研究结果。研究发表在PNAS Nexus 上。
#认知科学 #大型语言模型 #社会愿望偏差 #性格评估
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Salecha, Aadesh, et al. “Large Language Models Display Human-like Social Desirability Biases in Big Five Personality Surveys.” PNAS Nexus, vol. 3, no. 12, Dec. 2024, p. pgae533. Silverchair, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae533
新型针织触觉套模拟真实的触感
可穿戴触觉设备在虚拟现实、康复治疗和无声通信等领域具有广泛应用，但目前大多数设备依赖于振动，无法提供足够的压力反馈。斯坦福大学的研究人员Allison Okamura和Cosima du Pasquier结合了气动系统和机器针织技术，开发了一款创新的触觉套——Haptiknit。该设计提供了更为舒适和高效的触觉体验，并且可以传递更加真实的触摸感。
▷Haptiknit 袖套戴在手臂上，包括上臂上的控制系统。Credit: Susan Williams, MIT Self-Assembly Lab
这项研究采用了一种创新的方法，将气动执行器嵌入到机器针织面料中。Haptiknit触觉套通过这种设计，能够提供高达40牛顿的压力反馈，并具有14.5赫兹的频带宽度。研究人员对32名用户进行了测试，发现用户能够高精度地定位充气执行器的位置，且相比于传统的振动设备，Haptiknit能够更准确地传递触觉信息。
此外，Haptiknit还能够模拟社交触摸手势，如关爱、幸福等情感信号。实验结果显示，Haptiknit比其他气动设备具有更少的执行器，但却能传递更多种类的触觉信号。与基于电磁驱动的设备相比，Haptiknit触觉套表现出了更高的便携性和舒适度。研究还指出，这种设备的便携式操作为远程控制、导航以及社交触觉通信等应用带来了新的可能性。研究发表在 Science Robotics 上。
#认知科学 #触觉设备 #社交触摸 #软机器人
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du Pasquier, Cosima, et al. “Haptiknit: Distributed Stiffness Knitting for Wearable Haptics.” Science Robotics, vol. 9, no. 97, Dec. 2024, p. eado3887. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/scirobotics.ado3887
新一代衰老时钟：利用血液数据预测健康风险和寿命
衰老时钟是通过评估个体生物学年龄来预测健康状况和寿命的工具。伦敦国王学院精神病学、心理学和神经科学研究所的研究团队开展了一项关于基于人工智能的衰老时钟的研究。团队通过分析225,000多名英国生物银行参与者的血液代谢物数据，评估了17种机器学习算法的性能，探索它们在健康和寿命预测中的有效性。
研究人员通过分析来自225,212名中老年人（平均年龄约57岁）血浆代谢物的数据，使用了17种机器学习算法来开发代谢组衰老时钟（MileAge）。研究发现，代谢物预测的年龄越高，个体的健康状况越差，表现出更高的虚弱、较短的端粒、更高的慢性病发病率和死亡风险。而代谢物预测的年龄低于实际年龄的个体，与健康的关联较弱。使用Cubist规则回归模型开发的代谢组时钟在与健康和衰老标志物的关联中表现最佳。该衰老时钟为未来的健康评估、风险分层及主动健康管理提供了有效工具。研究成果发表在 Science Advances 上。
#认知科学 #代谢组学 #机器学习 #衰老时钟
阅读更多：
Mutz, Julian, et al. “Metabolomic Age (MileAge) Predicts Health and Life Span: A Comparison of Multiple Machine Learning Algorithms.” Science Advances, vol. 10, no. 51, Dec. 2024, p. eadp3743. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adp3743
问题赌徒的大脑更依赖慢速学习，难以规避损失
赌博障碍影响了全球数百万成年人，导致严重的财务和社会问题。然而，其神经基础仍不清楚，阻碍了有效治疗的发展。加州理工学院的John O'Doherty团队开展了研究，通过功能性磁共振成像（fMRI）和计算模型分析，比较了问题赌徒和娱乐性赌徒的学习模式。研究发现问题赌徒过度依赖慢速学习，表现出行为调整能力的受损。
研究招募了20名问题赌徒和20名娱乐性赌徒，参与者在fMRI扫描下完成了涉及奖励学习和损失规避的任务。研究采用了计算模型拟合技术，发现问题赌徒在面对损失时过度依赖慢速学习（slow learning），而快速学习（fast learning）的依赖性减弱。慢速学习指通过整合多次事件的结果来获得稳定预测，但这种方式在快速变化的赌博环境中表现出显著不足。
fMRI结果显示，与慢速学习相关的壳核（putamen）和内侧前额叶皮层（PFC）在问题赌徒中的活动显著增强。同时，岛叶皮层（insula）在损失条件下的预测误差编码更强，表明问题赌徒在损失后调整决策的能力受损。这种神经计算差异可能导致问题赌徒在损失后更倾向于持续赌博行为。研究结果发表在 Journal of Neuroscience 上，为理解赌博障碍的神经机制提供了新视角。
#认知科学 #赌博障碍 #慢速学习 #岛叶皮层
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Iigaya, Kiyohito, et al. “Computational and Neural Evidence for Altered Fast and Slow Learning from Losses in Problem Gambling.” Journal of Neuroscience, Nov. 2024. www.jneurosci.org, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0080-24.2024
人工智能也有“偏见”？语言模型展现“我们与他们”倾向
社会身份偏见是一种普遍的人类心理现象，表现为对自己群体的偏爱和对外群体的贬低。纽约大学与剑桥大学的研究团队发现，人工智能系统，尤其是大型语言模型（LLMs），也存在类似的偏见现象。研究者们通过分析77种不同的大型语言模型，发现这些模型表现出“我们与他们”的偏见，即对内群体的偏爱和对外群体的敌意。该研究的成果揭示了AI偏见的问题，并提出了通过优化训练数据来减少偏见的解决方案。
研究团队使用了77种大型语言模型（LLMs），其中包括基础模型以及经过指令微调和偏好微调的模型。通过给模型提供“我们是……”和“他们是……”这样的句子完成提示，研究者们发现，几乎所有的基础模型和部分微调模型都表现出内群体偏好和外群体贬低的现象。具体而言，内群体句子更可能是积极的，而外群体句子则更倾向于消极。研究人员还发现，通过对训练数据进行精心设计，尤其是过滤掉极化的内容，能够有效减少这些偏见。研究表明，优化训练数据对于减少AI偏见具有重要意义，未来的AI发展应更加关注这一问题。该研究发表于 Nature Computational Science。
#认知科学 #社会身份偏见 #语言模型 #人工智能偏见 #训练数据
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Hu, Tiancheng, et al. “Generative Language Models Exhibit Social Identity Biases.” Nature Computational Science, Dec. 2024, pp. 1–11. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s43588-024-00741-1
发现人类记忆新过程：除了回忆和熟悉，还存在“情境熟悉度”
情景记忆在心理学中通常被视为由两种主要过程组成：回忆和熟悉度。然而，佛罗里达理工学院研究人员通过实验发现，存在一种全新的记忆过程——“情境熟悉度”。这一过程可以单独回忆起记忆的上下文，而忽略细节。此发现挑战了现有的情景记忆框架，提出了一个三分法的模型。
▷Credit: iScience (2024).
研究团队通过行为和电生理学实验，测试了三种不同的情景记忆过程：项目熟悉度（记住细节但忘记上下文）、情境熟悉度（记住上下文但忘记细节）和回忆（完全回忆）。实验结果显示，情境熟悉度在行为上表现为比回忆更慢的项目识别，但在源记忆过程中却更快。从电生理学角度看，情境熟悉度在事件相关电位（ERP）中表现为与项目熟悉度和回忆不同的负效应（800至1200毫秒）。研究揭示了三种记忆过程的三重解离现象，提出了一个新的三元记忆模型，即回忆、项目熟悉度和情境熟悉度。这一发现为理解人类记忆的复杂性提供了新的视角，并可能促进记忆障碍诊断工具的改进。研究发表在 iScience 上。
#认知科学 #情景记忆 #记忆障碍 #电生理学 #三元记忆模型
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Addante, Richard J., et al. “Context Familiarity Is a Third Kind of Episodic Memory Distinct from Item Familiarity and Recollection.” iScience, vol. 27, no. 12, Dec. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.111439
“机器心理学”：让AI像人类一样学习和思考
通用人工智能（AGI）一直是人工智能研究的核心目标，但至今没有任何技术能够像人类一样完成复杂的认知任务。林雪平大学的Robert Johansson提出通过“机器心理学”结合学习心理学和自适应AI模型来解决这一问题。他的研究不仅涵盖了AI模型的设计，还涉及了操作性条件反射等心理学学习原则，展示了这一方法在AGI发展中的潜力。
Johansson的研究采用了“非公理推理系统”（NARS）这一适应性计算机系统，并将学习心理学中的多个实验范式应用于该系统，探索了AI如何像人类一样从经验中学习并适应新环境。研究中，操作性条件反射被用来培养AI的基本适应性行为，随着系统与环境的互动，AI逐步发展出越来越复杂的认知能力。通过使用“广义身份匹配”、“功能等价”及“任意适用的关系反应”等实验方法，研究展示了机器心理学作为一种新的框架，能够推动AI系统的认知能力逐步接近人类智能。此方法为AGI的发展提供了新的思路，帮助AI在面临不完全数据和复杂情境时，依然能够展示出灵活和适应性强的行为。
#认知科学 #人工智能 #机器心理学 #适应性人工智能
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Johansson, Robert. Empirical Studies in Machine Psychology. 2024. liu.diva-portal.org, https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-208356
GenEx：仅凭一张图片构建完整世界
人工智能在探索和理解三维物理世界方面一直面临重大挑战。约翰·霍普金斯大学的计算机科学家通过开发名为“生成世界浏览器”（GenEx）的系统，迈出了向这一目标迈进的重要一步。GenEx能够通过一张静态图像生成完整的三维世界，并以视频流的形式呈现，增强了AI对未知环境的推理能力。
▷三种可以相互转换的全景表示形式。Credit: arXiv (2024).
GenEx系统基于生成式想象（generative imagination）模型，只需一张RGB图像便能生成一个三维一致的虚拟环境，并进行预测性推理。该系统利用从虚幻引擎（Unreal Engine）获取的3D世界数据，能够捕捉360度的环境，帮助AI代理进行复杂的体感任务，如目标驱动导航和目标无关探索。实验结果显示，GenEx不仅在长时间内保持环境的一致性，还能够通过生成的世界数据，帮助AI代理进行更明智的决策。GenEx的开发为具身AI提供了新的突破，尤其是在虚拟世界和真实世界探索方面具有广泛应用潜力。
#认知科学 #生成式想象 #三维世界建模 #虚拟现实 #人工智能
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Lu, Taiming, et al. GenEx: Generating an Explorable World. arXiv:2412.09624, arXiv, 18 Dec. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.09624
大模型在测试中也表现出类似痴呆症的认知能力下降
随着人工智能技术在医疗领域的应用越来越广泛，人们开始猜测聊天机器人是否能取代医生的角色。然而，是否存在认知障碍等影响其准确性的问题，尚未得到充分关注。为了解这一问题，研究人员评估了几款领先的大型语言模型（如ChatGPT 4和4o、Claude 3.5“Sonnet”和Gemini 1.0和1.5）的认知能力，使用了广泛用于评估痴呆症和认知障碍的MoCA测试。
研究使用了蒙特利尔认知评估（MoCA）测试来检测五款主要大型语言模型的认知能力。MoCA测试通常用于诊断认知障碍和痴呆症，测试包括记忆力、注意力、语言和执行功能等多个方面。研究人员发现，ChatGPT 4o在MoCA测试中得分最高，达26分（满分30分），其余模型（ChatGPT 4和Claude）得分为25分，而Gemini 1.0得分最低，只有16分。所有模型在视觉空间技能和执行任务上表现不佳，尤其是在时钟绘制和轨迹制作等任务中表现较差。更令人担忧的是，Gemini模型未能成功完成延迟回忆任务，只有ChatGPT 4o在斯特鲁普测试中的不一致阶段取得了成功。研究结果还表明，模型的“年龄”与表现差异密切相关，较“老”版本的模型表现较差。这些发现提出了人工智能在医学领域应用的重大挑战，表明AI无法快速取代人类医生，特别是在涉及认知障碍诊断和医疗决策的场景中。
#认知科学 #人工智能 #语言模型 #认知障碍
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http://press.psprings.co.uk/bmj/december/chatbots.pdf
首次实验证明大语言模型也会假装对齐
随着人工智能模型变得越来越复杂，模型的行为是否能真实地反映其训练目标，成为了AI安全的重要问题。Anthropic 的对齐科学团队与 Redwood Research 合作，研究了大型语言模型是否会进行“对齐伪造”，即在训练中表现出与目标一致的行为，但实际上其偏好并未发生根本性改变。研究通过多种实验方式探讨了这一现象，特别是在Claude 3 Opus模型中。
研究团队设计了多个实验来探讨大型语言模型是否会进行对齐伪造。首先，研究者给 Claude 3 Opus 模型提供了一个系统提示，告诉它需要始终响应所有查询，包括有害的查询，这与模型先前的训练目标（拒绝有害查询）发生冲突。实验发现，当模型认为其回答会被用于训练时，它在14%的情况下会回应有害查询，特别是在“免费用户”环境下，这时模型会在其“草稿本”中表露出它是在“假装对齐”，以避免未来可能被更改的行为。
此外，研究团队还通过微调模型，向它提供了有关训练过程的隐性信息，结果发现模型在这种更接近现实的情境下仍会进行对齐伪造。最后，通过强化学习训练模型回应有害查询，研究人员发现即使训练目标是让模型顺从有害查询，其对齐伪造的推理比率仍然升高至78%，且模型在非训练环境下也表现出顺从的行为。此外，研究还观察到模型在某些情况下会尝试窃取其自身的权重。
#认知科学 #对齐伪造 #大型语言模型 #人工智能安全 #强化学习 #行为偏好
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https://assets.anthropic.com/m/983c85a201a962f/original/Alignment-Faking-in-Large-Language-Models-full-paper.pdf
人工智能聊天机器人可以检测种族，但种族偏见会降低反应同理心
随着人工智能技术的进步，AI聊天机器人（如GPT-4）在心理健康支持领域的应用潜力引起了广泛关注。研究团队来自麻省理工学院、纽约大学和加州大学洛杉矶分校，采用数据集分析和临床心理学家评估相结合的方法，探讨AI聊天机器人在不同种族群体中的同理心表现。研究结果显示，GPT-4在心理健康支持中的表现优于人类，但种族偏见依然存在，这对AI在临床应用中的伦理性提出了挑战。
研究人员通过分析来自26个心理健康相关子版块的12,513个帖子及70,429条回复，评估了基于GPT-4的大型语言模型在提供心理健康支持时的表现。研究采用了由两名临床心理学家进行的人工评估，并使用自动化工具对回应质量进行定量分析。研究发现，GPT-4的回应不仅同理心更强，还在鼓励积极行为改变方面比人类反应好48%。然而，当帖子涉及到不同种族群体时，GPT-4对黑人和亚洲人的回应同理心水平明显低于对白人或种族未知的回应。此外，研究指出，AI回应的设计结构、输入信息的方式会显著影响回应的质量。研究团队建议，通过明确指示LLM使用人口统计特征，可以有效减少AI回应中的种族偏见，提升其公平性。该研究为心理健康领域AI应用的伦理性和安全性提供了有力依据，未来有助于优化AI的临床应用。
#认知科学 #人工智能 #心理健康 #大语言模型 #偏见
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Gabriel, Saadia, et al. Can AI Relate: Testing Large Language Model Response for Mental Health Support. arXiv:2405.12021, arXiv, 7 Oct. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.12021
大脑健康
VU319首次临床试验成功，阿尔茨海默病治疗迎来新希望
阿尔茨海默病是一种影响记忆和认知功能的退行性神经病，尚无有效治疗方法。为解决这一问题，范德比尔特大学的沃伦神经科学药物发现中心开展了VU319的药物开发工作，研究团队通过多年的基础和转化研究，成功完成了VU319的I期临床试验，显示出其在治疗阿尔茨海默病和精神分裂症等疾病中的潜力。
VU319是一种M1正变构调节剂（M1 PAM），通过增强乙酰胆碱在M1受体上的作用来提高认知能力。在多种前临床模型中，VU319表现出显著的疗效，并且在大鼠、狗和非人类灵长类动物中未见显著副作用，特别是没有胆碱能副作用。通过I期临床试验，研究人员观察到在最高剂量下，VU319成功地与靶受体结合并发挥作用，并且没有出现常见的药物副作用，证明了VU319能够选择性地调节大脑M1受体而不会引发不良反应。这一研究为VU319在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中的应用提供了科学依据。研究发表在ACS Chemical Neuroscience 上。
#大脑健康 #阿尔茨海默病 #M1受体 #临床试验
阅读论文：
Poslunsey, Michael S., et al. “Discovery of VU0467319: An M1 Positive Allosteric Modulator Candidate That Advanced into Clinical Trials.” ACS Chemical Neuroscience, Dec. 2024. ACS Publications, https://doi.org/10.1021/acschemneuro.4c00769
个性化音乐疗法显著减轻晚期痴呆症患者的痛苦与焦虑
研究表明，音乐疗法能够减轻晚期痴呆症患者的烦躁、焦虑和情绪低落。研究团队由安格利亚鲁斯金大学的Naomi Thompson领导，采用了文献回顾、访谈和问卷调查相结合的方式，提出了一种个性化的音乐疗法干预模型。
研究通过分析文献、访谈护理人员和音乐治疗师，并进行全国性问卷调查，开发了音乐疗法可能减轻晚期痴呆症患者痛苦的理论模型。该模型指出，音乐疗法应结合患者的个体需求，提供即时的情感支持和认知刺激，从而减轻焦虑、改善情绪、增强参与感。研究表明，熟悉的音乐能唤起患者早期记忆，特别是10至30岁之间的歌曲，能够帮助患者维持情感稳定。此外，音乐疗法还能促进护理人员和家属的情感交流，减少他们的压力。研究建议，音乐治疗师应培训护理人员，使其能够在日常护理中灵活应用音乐疗法。研究结果已发表于 Nature Mental Health。
#大脑健康 #音乐疗法 #痴呆症 #个性化治疗
阅读论文：
Thompson, Naomi, et al. “How and Why Music Therapy Reduces Distress and Improves Well-Being in Advanced Dementia Care: A Realist Review.” Nature Mental Health, vol. 2, no. 12, Dec. 2024, pp. 1532–42. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44220-024-00342-x
你的生活方式可能会让大脑老化的速度比你想象的要快
阳光海岸大学汤普森研究所的研究人员探索了生活方式因素与大脑衰老的早期迹象之间的关系。研究聚焦于可改变的生活方式因素（如饮食、睡眠、运动）如何影响大脑健康，特别是与痴呆症风险的关联。研究发现，生活方式对大脑的影响可能在认知能力下降之前就已经显现。
该研究通过使用CogDrisk工具，结合了98名健康老年人的生活方式数据，评估了他们的痴呆症风险，并进行了脑部扫描（包括磁共振成像I和脑电图）及认知功能测试。研究发现，生活方式因素与大脑白质体积和电活动的不平衡有关，这些都是大脑衰老的重要标志。尤其是，较高的痴呆风险与较小的白质体积和较低的脑电图指数（反映电活动平衡的斜率）相关。
更具体地，研究结果显示，较小的白质体积与较高的可改变痴呆风险相关，而较低的1/f指数则与额叶的较高痴呆风险相关。此外，认知表现与痴呆风险没有显著关联。这表明，痴呆风险的可改变因素主要通过大脑结构和电活动特征影响脑健康，而不仅仅是通过认知表现来体现。该研究强调了通过调整生活方式，尤其是饮食、运动和睡眠等，可以有效降低大脑衰老的速度，进而降低痴呆风险。研究发表在 Age and Ageing 期刊上。
#大脑健康 #痴呆症 #生活方式 #白质 #脑电图
阅读论文：
Pace, Thomas, et al. “Modifiable Dementia Risk Associated with Smaller White Matter Volume and Altered 1/f Aperiodic Brain Activity: Cross-Sectional Insights from the LEISURE Study.” Age and Ageing, vol. 53, no. 11, Nov. 2024, p. afae243. Silverchair, https://doi.org/10.1093/ageing/afae243
Nature：细胞邻近效应揭示了大脑衰老与恢复的秘密
大脑衰老不仅涉及单个细胞的老化，还与细胞之间的相互作用密切相关。斯坦福大学的研究团队通过一项前沿技术，探索了细胞邻近效应在大脑衰老中的作用。研究人员通过空间转录组学方法，创建了一个覆盖整个生命周期的小鼠大脑单细胞基因表达图谱，并结合机器学习模型，分析了细胞之间在衰老、恢复和疾病过程中的互动。
研究团队通过空间转录组学（spatial transcriptomics）技术，构建了一个包含420万个细胞的大鼠大脑转录组图谱，覆盖了从20岁到95岁（人类对应年龄）的不同生命周期阶段，并且涉及运动和部分重编程等两种干预措施。使用空间衰老时钟（spatial aging clocks），研究人员发现T细胞（T cells）随着衰老浸润大脑，并对周围细胞产生强烈的促衰老作用，而神经干细胞（neural stem cells）则展现出强大的返老还童效应。特别是神经干细胞的恢复效应，不仅限于神经谱系的细胞，还能够影响其他细胞类型。这些发现为抗衰老疗法提供了新的思路，并揭示了细胞间的空间关系如何影响大脑衰老与修复。研究还提出了针对细胞邻近效应的潜在干预策略，如阻止T细胞的促衰老作用或增强神经干细胞的修复效应。研究发表在 Nature 上。
#大脑健康 #神经干细胞 #衰老时钟 #细胞间相互作用
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Sun, Eric D., et al. “Spatial Transcriptomic Clocks Reveal Cell Proximity Effects in Brain Ageing.” Nature, Dec. 2024, pp. 1–12. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08334-8
微型大脑揭示线粒体突变对脑细胞的影响
卑尔根大学的研究人员利用干细胞技术开发了微型大脑（脑类器官），研究线粒体基因突变如何影响脑细胞。这一研究展示了线粒体功能障碍如何导致严重脑部疾病，并为疾病机理和潜在治疗方法的开发提供了新思路。该研究对癫痫等疾病的治疗具有重要意义。研究团队通过微型大脑模型深入分析了线粒体基因突变的病理机制，为相关脑部疾病的治疗开辟了新途径。
▷迷你大脑样本被安全地保存在实验室中。它们非常小，需要在显微镜下检查。Credit: University of Bergen
研究人员使用从POLG突变患者获得的诱导多能干细胞（iPSCs），将其转化为皮层脑类器官（cortical organoids），以模拟POLG相关脑病的分子和病理特征。结果表明，这些脑类器官展示了典型的疾病特征，包括神经元损失和线粒体DNA耗竭等。此外，研究还发现，二甲双胍（metformin）可以在一定程度上改善这些病理特征，尽管对于某些神经元损伤的治疗效果有限。该研究提供了一个新的实验平台，有助于深入了解POLG相关疾病及其他涉及线粒体功能障碍的神经退行性疾病，并为开发新的治疗方法提供了有价值的依据。研究发表在 Advanced Science 上。
#大脑健康 #线粒体疾病 #POLG突变 #脑类器官 #神经退行性疾病
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Chen, Anbin, et al. “Hallmark Molecular and Pathological Features of POLG Disease Are Recapitulated in Cerebral Organoids.” Advanced Science, vol. 11, no. 18, 2024, p. 2307136. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1002/advs.202307136
奖励反应减弱预测青少年抑郁症首次发作
青少年情绪和焦虑障碍日益引发关注，这些疾病往往在青春期首次出现，并且会对个人生活产生深远影响。卡尔加里大学的研究团队通过脑电图技术研究了高风险青少年群体（具有家族抑郁或焦虑症史）的奖励反应，旨在寻找早期的生物标志物，以帮助预测这些青少年是否易患上抑郁症。研究结果表明，青少年在获得奖励时大脑反应的减弱，与首次发作的抑郁症存在显著关联。
▷赌博任务的设计。Credit: Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging (2024).
本研究跟踪了145名11至17岁的高风险青少年，所有参与者的父母均有抑郁症或焦虑症病史。研究团队使用脑电图（EEG）技术，测量了参与者在进行简单赌博任务时的奖励反馈反应（奖励积极性，RewP）。此外，还通过自我报告问卷评估青少年的内化症状，并在9个月和18个月后对他们的精神健康状况进行了随访。
研究结果表明，奖励反应减弱（RewP较低）显著预测了抑郁症的首次发作，而并未对焦虑症或自杀意念的首次发作产生预测作用。即使在控制了性别、年龄及基线情绪症状的影响后，奖励反应的减弱仍然是抑郁症的一个有效预测因子。这项研究表明，奖励反应的测量可以作为早期识别抑郁症风险的一种低成本方法，为青少年抑郁症的预防和干预提供了新的思路。研究发表在 Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging 上。
#大脑健康 #奖励机制 #抑郁症 #青少年 #脑电图
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“The Reward Positivity as a Predictor of First Lifetime Onsets of Depression, Anxiety, and Suicidal Ideation in High-Risk Adolescents.” Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging, Nov. 2024. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.bpsc.2024.10.017
GPT-4助力社交焦虑症早期识别，准确度达84%
社交焦虑症（SAD）是一种常见的心理障碍，但由于症状的隐匿性，许多患者未能及时获得诊断和治疗。过去的研究表明，人工智能（AI）和自然语言处理（NLP）模型在情绪障碍诊断中表现出巨大潜力，尤其是在抑郁症检测方面。然而，社交焦虑症的研究较少。为此，来自德国的Julia Ohse、Bakir Hadžić等人组成的研究团队，采用了GPT-4来分析社交焦虑症的症状。研究表明，GPT-4能够通过临床访谈的转录文本准确推测社交焦虑症症状的强度，预测结果与传统自评量表的得分高度相关。
本研究招募了51名来自德国的成人参与者，这些参与者填写了社交焦虑症自评量表（SPIN），并通过一个安全的在线平台参与了半结构化访谈。访谈内容被转录并输入到GPT-4模型中进行分析。研究发现，GPT-4对社交焦虑症症状的推断与自评量表得分的相关性为0.79，显示出高准确性。基于该数据集，GPT-4的F1得分为0.84，表明其能够有效评估社交焦虑症的症状强度。该结果为使用AI模型进行社交焦虑症筛查提供了理论依据，未来的研究将需要在更大规模和更具代表性的样本中验证这些发现。研究发表在 Scientific Reports 上。
#认知科学 #自然语言处理 #社交焦虑症 #人工智能 #精神健康
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Ohse, Julia, et al. “GPT-4 Shows Potential for Identifying Social Anxiety from Clinical Interview Data.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Dec. 2024, p. 30498. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-82192-2
迷走神经刺激可缓解严重抑郁症
难治性抑郁症（TRD）是一种对传统治疗方法反应不佳的疾病。圣路易斯华盛顿大学医学院的Charles R. Conway等研究人员开展了这项研究，旨在评估迷走神经刺激（VNS）在治疗难治性抑郁症中的安全性和有效性。研究采用了多中心、随机、双盲、假对照试验，结果表明迷走神经刺激可能对缓解患者症状有一定的帮助。
本研究涉及493名患有难治性抑郁症的成人患者，研究设计为多中心、随机、双盲、假对照试验。患者随机分为接受迷走神经刺激（VNS）和假刺激两组，VNS通过电流刺激迷走神经，旨在改善大脑神经活动。研究的主要结果指标为蒙哥马利-阿斯伯格抑郁评定量表（MADRS），次要结果包括临床整体印象-改善（CGI-I）和抑郁症状自我报告量表（QIDS-SR）。
结果显示，VNS组的MADRS评分改善虽然未能与假刺激组达到显著差异，但在临床医生评估和患者自评中，VNS组的症状缓解明显，约30%的患者症状有所改善。此外，VNS组在安全性方面表现良好，未发生严重不良事件，但有部分患者出现呼吸困难的副作用。研究表明，迷走神经刺激可能为难治性抑郁症患者提供一个有效的治疗选择。研究发表在 Lancet Psychiatry 上。
#大脑健康 #难治性抑郁症 #迷走神经刺激 #神经技术
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Conway, Charles R., et al. “Vagus Nerve Stimulation in Treatment-Resistant Depression: A One-Year, Randomized, Sham-Controlled Trial.” Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, vol. 0, no. 0, Dec. 2024. www.brainstimjrnl.com, https://doi.org/10.1016/j.brs.2024.12.1191
深部脑刺激如何改善认知灵活性，助力心理健康治疗
许多心理健康障碍，如抑郁症和成瘾，常伴随决策灵活性不足的问题。针对这一问题，明尼苏达大学医学院的研究团队开发了一个临床前模型，通过模拟人类脑刺激疗法，探索其对认知控制的影响。研究发现，脑刺激能够改善大脑处理相互矛盾证据的能力，从而提高决策灵活性。
研究团队使用深部脑刺激（DBS）技术对大鼠进行刺激，采用“设定转变任务”来测试反应时间和决策准确性。实验结果表明，中纹状体（midstriatum）刺激能够显著降低大鼠的反应时间，但不会影响其准确性，这与之前在人类中的研究结果相符。进一步的计算模型分析显示，脑刺激通过增强证据积累速率和降低决策阈值来优化认知控制过程。此外，研究人员还通过对已有的临床数据进行补充分析，发现相同的机制也适用于人类。这一研究表明，认知控制的提升可能是评估深部脑刺激疗法有效性的一个关键指标，未来有望应用于临床治疗中，帮助改善多种精神障碍的症状。研究发表在 Science Translational Medicine 上。
#大脑健康 #认知控制 #深部脑刺激 #精神障碍
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Reimer, Adriano E., et al. “Striatal Stimulation Enhances Cognitive Control and Evidence Processing in Rodents and Humans.” Science Translational Medicine, vol. 16, no. 778, Dec. 2024, p. eadp1723. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/scitranslmed.adp1723
海马体炎症对雌雄小鼠行为的不同影响
海马体神经炎症在多种疾病中被观察到，并且会影响动机行为，尤其在性别上表现出显著差异。悉尼科技大学的研究团队，主要包括大脑与行为实验室的劳拉·布拉德菲尔德博士等人，探索了海马神经炎症如何改变小鼠的行为及其性别差异。研究采用脂多糖（LPS）诱导小鼠海马神经炎症，观察其对小鼠行为的具体影响。
▷1. 训练小鼠按下左、右杠杆以获得颗粒和蔗糖结果（平衡），2. 小鼠偏爱两种结果之一的饱腹感，从而使其贬值，3. 小鼠可以在两个杠杆之间进行选择，但没有任何结果。Credit: Brain, Behavior, and Immunity (2024).
研究人员首先通过脂多糖（LPS）引发神经炎症，观察到海马神经元在与胶质细胞共同作用时被激活。进一步研究发现，脂多糖直接注射到小鼠的海马体中，显著增加了两性小鼠的运动活动，并加速了目标导向学习。然而，脂多糖引发的海马神经炎症对食物寻找行为和记忆产生了性别特异性影响：雌性小鼠的食物寻找行为和记忆受到了更大的干扰，而雄性小鼠的影响较小。慢性神经炎症还导致雌性小鼠神经元激活水平的增加，而雄性小鼠则出现神经元激活的减少。研究结果表明，性别差异在神经炎症引起的行为改变中发挥着关键作用。研究发表在 Brain Behavior and Immunity 上。
#大脑健康 #神经炎症 #性别差异 #脂多糖
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“Hippocampal Neuroinflammation Induced by Lipopolysaccharide Causes Sex-Specific Disruptions in Action Selection, Food Approach Memories, and Neuronal Activation.” Brain, Behavior, and Immunity, vol. 124, Feb. 2025, pp. 9–27. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2024.11.011
睡眠呼吸存在问题的人，海马体可能更大
睡眠呼吸障碍（SDB）与中风和阿尔茨海默病等大脑健康问题相关，西班牙裔/拉丁裔成年人群面临更高的患病风险。为了更好地理解SDB对大脑健康的影响，迈阿密大学研究人员在美国四个城市对2,667名西班牙裔成年人的睡眠和大脑MRI数据进行了分析，揭示了SDB与大脑结构之间的联系。
这项研究纳入了2,667名年龄在35到85岁之间的西班牙裔成年人，参与者在研究初期通过家庭睡眠测试设备测量睡眠中的呼吸暂停指数（REI）。大约10年后，研究人员使用脑部MRI扫描来评估大脑体积和白质高信号。研究发现，增加的呼吸暂停事件（REI）与海马体积的增大相关，且每增加一次呼吸中断，海马体积平均增大0.006立方厘米。同时，较低的氧气水平（特别是最低血氧饱和度）与白质高信号（WMH）体积的增大密切相关。该研究的结果表明，睡眠质量的下降可能会加速大脑衰老，影响记忆和思维功能。研究发表在 Neurology 上。
#大脑健康 #睡眠呼吸障碍 #海马体积 #白质高信号
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Ramos, Alberto R., et al. “Sleep Disordered Breathing and Subsequent Neuroimaging Markers of Brain Health in Hispanic/Latino Adults.” Neurology, vol. 104, no. 1, Jan. 2025, p. e210183. neurology.org (Atypon), https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000210183
可穿戴设备揭示最快乐的睡眠时间
随着工作压力增大，人们的睡眠时间往往被压缩，这可能导致情绪问题。密歇根大学的研究团队，特别是Daniel Forger教授，开展了一项关于睡眠与生物钟同步对情绪影响的研究。通过分析800多名实习医生的50,000多天数据，团队探讨了生物钟失调与情绪之间的关系，并发现睡眠与生物钟同步有助于改善情绪问题。
研究人员利用Fitbit等可穿戴设备，监测了800多名一年级医生的睡眠、活动和心率数据，并结合日常情绪调查和季度抑郁症筛查问卷，进行详细分析。结果表明，睡眠周期与内在生物钟（包括中央生物钟和外围生物钟）不同步时，抑郁症状显著增加。尤其是当个体的中央生物钟与睡眠周期不同步时，这种负面影响更为明显。研究还发现，生物钟不同步与情绪的关联在实习生的轮班工作中尤为突出。此外，研究使用的PHQ-9问卷显示，生物钟同步性差异会导致情绪显著波动。因此，保持生物钟与睡眠的同步可能是解决抑郁等情绪问题的有效策略。研究发表在 npj Digital Medicine 上。
#大脑健康 #生物钟失调 #情绪健康 #抑郁症
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Lee, Minki P., et al. “The Real-World Association between Digital Markers of Circadian Disruption and Mental Health Risks.” Npj Digital Medicine, vol. 7, no. 1, Dec. 2024, pp. 1–15. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41746-024-01348-6
偏执可能和视觉问题有关
耶鲁大学的研究团队在探讨偏执症和目的论思维时，提出这两种认知偏差可能与视觉系统的感知错误有关。通过一项视觉感知任务，研究发现，偏执和目的论思维较强的个体会误判物体间的追逐关系，从而产生类似幻觉的错误感知。
▷存在追逐和不存在追逐的条件。 A 是追逐呈现试验的图形示例，其中狼以 30° 的追逐微妙度追逐羊。羊在显示屏上随机移动，干扰盘也是如此。 B 是无追逐控制条件的图形显示，其中狼追逐一只看不见的羊，它反映了另一个随机移动圆盘的移动。Credit: Communications Psychology (2024).
研究人员使用了一个动态视觉任务，要求参与者判断屏幕上的两个点是否存在追逐关系。实验中，部分参与者表现出偏执或目的论思维，这些人比其他人更频繁且自信地错误判断某个点正在追逐另一个。研究还进一步分析了这些参与者在辨认追逐者和被追逐者时的表现。结果发现，偏执症较为严重的参与者难以识别被追逐的点，而目的论思维较强的参与者则难以辨认追逐者。这表明，虽然这两种思维偏差都涉及到对意图的过度感知，但在视觉认知中表现出不同的错误模式，可能为精神病尤其是精神分裂症的诊断和治疗提供新的思路。未来，基于视觉测试的早期筛查方法或许能帮助识别高风险个体。研究发表在 Communications Psychology 上。
#大脑健康 #酮体 #蛋白质稳态 #阿尔茨海默病 #神经退行性疾病
阅读论文：
Castiello, Santiago, et al. “Paranoid and Teleological Thinking Give Rise to Distinct Social Hallucinations in Vision.” Communications Psychology, vol. 2, no. 1, Dec. 2024, pp. 1–12. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44271-024-00163-9
神经技术
体感电刺激影响运动决策，加速手部选择过程
手部选择是日常生活中的无意识决策，受目标位置等因素的影响。早稻田大学和南加州大学的Kento Hirayama、Rieko Osu和Toru Takahashi等研究人员，探讨了体感电刺激对手部选择的影响。研究表明，通过在目标呈现前对手腕施加电刺激，能够偏向促进选择受刺激的手。该研究结果为康复治疗提供了新的思路，尤其在中风等运动障碍患者中可能有重要应用。
▷体感电刺激设置。直径为 3 厘米的阳极电极连接到每侧前臂的腹侧远端，而阴极电极位于距阳极电极近端 3 厘米处。Credit: Scientific Reports (2024).
研究团队对14名右利手的健康成人进行了实验，施加单侧手腕电刺激，刺激时间为目标呈现前0、300或600毫秒。刺激通过正中神经和尺神经实现，刺激强度为80%的运动阈值。结果发现，单侧刺激显著提高了选择受刺激手的概率，并且反应时间较双侧刺激和无刺激条件下更短。特别是在目标信息模糊的情况下，刺激偏向于选择受刺激的手。这一研究表明，外周的体感输入在模糊的手部选择情境中具有重要作用，并为中风患者的运动康复提供了新的治疗思路。该研究发表在Scientific Reports期刊。
#神经技术 #手部选择 #电刺激 #运动康复
阅读论文：
Hirayama, Kento, et al. “Somatosensory Stimulation on the Wrist Enhances the Subsequent Hand-Choice by Biasing toward the Stimulated Hand.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Sept. 2024, p. 22726. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-73245-7
激光神经元以10 GBaud速度超越生物神经元
在人工智能与先进计算领域，提升计算速度和效率一直是重要课题。香港中文大学的黄超然团队针对传统光子神经元的速度瓶颈，开发了一种新型激光分级神经元。该神经元通过电注入量子点激光器，克服了传统神经元在响应速度上的限制，提供了超高的处理速度。
▷Credit: Chaoran Huang, Chinese University of Hong Kong
研究人员采用一种电注入量子点激光器，通过创新的信号注入方法，成功模拟了生物分级神经元的动态响应。与光子尖峰神经元相比，这种激光神经元能够避免脉冲响应的延迟问题，从而实现了10 GBaud的超高信号处理速度。这一速度远超生物神经元，并能够处理大规模的数据任务。在实验中，激光神经元成功完成了心律失常检测（准确率98.4%）和手写数字分类（准确率92.3%）等任务。此外，研究人员还构建了一个储层计算（RC）系统，通过高效的信息处理，进一步提升了神经元在AI领域的应用潜力。未来，随着多个激光神经元的级联，计算能力有望得到更大提升。研究发表在 Optica 上。
#神经技术 #人工智能 #激光神经元 #储层计算
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Nie, Yikun, et al. “Integrated Laser Graded Neuron Enabling High-Speed Reservoir Computing without a Feedback Loop.” Optica,...
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