我國(guó)建成高水平腦成像研究機(jī)構(gòu)

我國(guó)建成高水平腦成像研究機(jī)構(gòu)

隨著國(guó)家大型科學(xué)儀器中心——北京磁共振腦成像中心２５日正式掛牌，我國(guó)科學(xué)家正在腦成像和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域努力建設(shè)具有國(guó)際水準(zhǔn)的研究平臺(tái)。

通過(guò)以功能磁共振成像為代表的腦成像方法，人類(lèi)第一次可以直接“看到”大腦的認(rèn)知活動(dòng)，認(rèn)知科學(xué)有了研究大腦認(rèn)知和智力的“望遠(yuǎn)鏡”和“顯微鏡”。腦功能成像領(lǐng)域像高能物理學(xué)一樣被國(guó)際科學(xué)界稱(chēng)為“大科學(xué)”。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和腦成像技術(shù)飛速發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家在短短數(shù)年中建立起成批投資規(guī)模以千萬(wàn)美元計(jì)的腦成像研究中心。

作為我國(guó)認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域和國(guó)際接軌的重要舉措，北京磁共振腦成像中心是由科技部、中科院和衛(wèi)生部共同出資２０００萬(wàn)元建立的國(guó)家大型科學(xué)儀器中心。中心裝備了我國(guó)第一臺(tái)專(zhuān)門(mén)用于研究的高場(chǎng)強(qiáng)磁共振成像系統(tǒng)，本著“公平、公正、公開(kāi)、共享”的原則向國(guó)內(nèi)外研究者開(kāi)放。

中心位于中科院生物物理所內(nèi)，２００２年２月通過(guò)論證后開(kāi)始建設(shè)，２００３年６月對(duì)外開(kāi)放試運(yùn)行，２００３年１０月通過(guò)驗(yàn)收。中心主任陳霖院士說(shuō)，目前中心磁共振成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量已躋身國(guó)際最高水準(zhǔn)之列。

據(jù)悉，中心還和中科院研究生院等兄弟單位合作建成一個(gè)以磁共振成像和高分辨腦電成像相結(jié)合、磁共振成像和穿頭顱磁刺激定位相結(jié)合為特色的腦成像實(shí)驗(yàn)環(huán)境。和眾多國(guó)內(nèi)單位聯(lián)合實(shí)施的２０多項(xiàng)合作研究也已全面展開(kāi)，課題涉及知覺(jué)、注意、記憶、情感、語(yǔ)言等方面。

關(guān)于大腦成像

閉上你的眼睛，考慮這樣的問(wèn)題：德國(guó)牧羊犬的耳朵是什么形狀的?凍豌豆和圣誕樹(shù)哪一個(gè)綠色更深一些?如果將字母 N向右旋轉(zhuǎn)90°，還是英文字母嗎?

科學(xué)家認(rèn)為：在尋找這些問(wèn)題答案的過(guò)程中，多數(shù)人在心目中構(gòu)筑一個(gè)景象，用意念去“看”它。想出一個(gè)景象后再對(duì)它進(jìn)行細(xì)微勾勒，然后說(shuō)出看到了什么?？雌饋?lái)他們?cè)陬^腦中有一個(gè)確切的畫(huà)面。

但是在大腦中的什么部位形成了這些景象呢?它們又是如何產(chǎn)生的?人們又是如何讓這些景色在腦海中活現(xiàn)出來(lái)?

通過(guò)腦損傷患者及先進(jìn)的腦成像技術(shù)提供的線(xiàn)索，神經(jīng)學(xué)家發(fā)現(xiàn)：大腦在視物和想像過(guò)程中，實(shí)際上使用了相同的途徑，只是方法不同而已。

在人類(lèi)視物過(guò)程中，外部世界的刺激通過(guò)視網(wǎng)膜到達(dá)初級(jí)視覺(jué)皮質(zhì)，再傳導(dǎo)至高級(jí)中樞直到認(rèn)出物體。在大腦想像的過(guò)程中，來(lái)自高級(jí)中樞的刺激向下傳到初級(jí)視覺(jué)皮質(zhì)，直到被認(rèn)知。

這種研究非常有趣。科學(xué)家們說(shuō)，這是他們第一次注意到人類(lèi)一些特殊能力的生物學(xué)基礎(chǔ)。就是這些能力使得一些人比其他人更擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)、藝術(shù)、或駕駛戰(zhàn)斗機(jī)等?？茖W(xué)家們現(xiàn)在明白，為什么當(dāng)—個(gè)人想像自己像邁克爾·喬丹那樣投籃時(shí)，真的會(huì)提高自己的投籃技術(shù)。這一研究認(rèn)為，臆想出來(lái)的事物就跟真正看到的—?！獦樱辽賹?duì)于觀察者自己的頭腦來(lái)說(shuō)是這樣。這一發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了人們一系列的疑惑：證人提供的證據(jù)還會(huì)有效嗎?

賓夕法尼亞大學(xué)的心理學(xué)教授瑪莎·法拉博士說(shuō)：“人們總是懷疑頭腦中會(huì)有圖像?！弊罱终f(shuō)，這場(chǎng)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)集中在一個(gè)具體的問(wèn)題上：作為思維的一種形式，大腦影像的原理究竟是語(yǔ)言的抽象符號(hào)，還是視覺(jué)系統(tǒng)的生物學(xué)機(jī)制?

法拉博士說(shuō)，這場(chǎng)生物學(xué)論戰(zhàn)正日益使得更多的人放棄原有的主張。新發(fā)現(xiàn)的理論依據(jù)是：思維能力——如記憶、感知、大腦影像、語(yǔ)言、思維等，其根源在于大腦中復(fù)雜的潛在結(jié)構(gòu)。因此，頭腦中的影像必然具有物質(zhì)特性，而絕不僅僅是虛無(wú)縹緲的抽象概念。

哈佛大學(xué)的史蒂芬·凱斯蘭博士在大腦影像和視覺(jué)系統(tǒng)兩個(gè)研究領(lǐng)域都成果顯著。他說(shuō)，隨著視覺(jué)系統(tǒng)研究的飛速發(fā)展，大腦影像的研究取得了飛速進(jìn)步。兩個(gè)領(lǐng)域的互通有無(wú)、互相借鑒，有助于搞清高度復(fù)雜的系統(tǒng)的每一細(xì)節(jié)。

視覺(jué)過(guò)程不是—個(gè)單獨(dú)的過(guò)程，而是將處理視力各個(gè)方面的亞系統(tǒng)連結(jié)在—起。凱斯蘭博士說(shuō)，為了理解這一原理，我們可以假想看著10英尺外野餐桌上的一個(gè)蘋(píng)果。蘋(píng)果的光線(xiàn)反射到視網(wǎng)膜，通過(guò)神經(jīng)纖維傳到初期“視覺(jué)轉(zhuǎn)運(yùn)站”，稱(chēng)為視覺(jué)緩沖器。在這里，蘋(píng)果的影像照其空間原樣被傳到大腦組織的表面，并且具有很高的分辨力。

凱斯蘭博士說(shuō)：“你可以把視覺(jué)緩沖器認(rèn)為是一個(gè)屏幕。一張圖片可以通過(guò)照相機(jī)或攝像機(jī)放映到屏幕上。而你的眼睛相當(dāng)于照相機(jī)，你的記憶則相當(dāng)于攝像機(jī)。”

在這個(gè)例子中，蘋(píng)果的影像展現(xiàn)在屏幕上，視覺(jué)緩沖器對(duì)景物進(jìn)行了初步的分析。邊緣、輪廓、色彩、景深以及一些其它的特征被一一分析處理，但此時(shí)大腦仍不知道看著的是一個(gè)蘋(píng)果。

接下來(lái)，這個(gè)蘋(píng)果的鮮明特征被傳送到兩個(gè)更高的亞系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。—般都稱(chēng)作“什么”系統(tǒng)和“哪里”系統(tǒng)。大腦需要將個(gè)別蘋(píng)果的信息與腦中關(guān)于蘋(píng)果已有的記憶和知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，從而在視覺(jué)系統(tǒng)(相當(dāng)于大腦中的錄像帶)中搜尋有關(guān)知識(shí)。

凱斯蘭博士說(shuō)，這個(gè)“什么”系統(tǒng)位于大腦的顳葉，含有處理物體的形狀和顏色的細(xì)胞。有些細(xì)胞專(zhuān)門(mén)對(duì)于各種各樣姿態(tài)的紅色、圓形物體有反應(yīng)，而不管它的空間位置。那么這個(gè)蘋(píng)果可以是在遠(yuǎn)處的樹(shù)上，可以在餐桌上或者在眼前。并且，蘋(píng)果、皮球或西紅柿等均可刺激這些專(zhuān)門(mén)針對(duì)紅色圓形物體的細(xì)胞。

“哪里”系統(tǒng)位于大腦的頂葉，該系統(tǒng)的細(xì)胞針對(duì)物體的不同位置發(fā)射信號(hào)。當(dāng)蘋(píng)果在遠(yuǎn)處時(shí)，一群細(xì)胞被激活；而當(dāng)蘋(píng)果在近處時(shí)，另一群細(xì)胞被激活。這樣，大腦就有了對(duì)物體進(jìn)行距離定位的方法，并依據(jù)它指揮人體的運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)“什么”和“哪里”系統(tǒng)的細(xì)胞受到刺激時(shí)，它們將把各自的信號(hào)在—個(gè)更高的亞系統(tǒng)合成，這里是被用來(lái)儲(chǔ)存聯(lián)想記憶的。這個(gè)系統(tǒng)就好比一個(gè)儲(chǔ)存視覺(jué)記憶的文件夾，就像錄像帶那樣，可以隨時(shí)被查找或激活。

凱斯蘭博士說(shuō)，如果“什么”系統(tǒng)和“哪里”系統(tǒng)的信號(hào)在聯(lián)想記憶中得到匹配，那么你將知道這個(gè)物體是蘋(píng)果，你還將知道它的味道、它的氣味、它有籽、它可以做成你最喜愛(ài)的蘋(píng)果餅，還會(huì)知道你頭腦中儲(chǔ)存的其它一切關(guān)于蘋(píng)果的信息。

但是有時(shí)候，這種識(shí)別在聯(lián)想記憶層次上還不能實(shí)現(xiàn)。由于距離遠(yuǎn)，餐桌上的紅色物體可能是蘋(píng)果，也可能是西紅柿，你不能確定。那么這時(shí)就需要另一個(gè)層次的分析參與。

凱斯蘭博士說(shuō)，這個(gè)最高層次位于大腦的額葉，在這里，大腦制訂決策，在大腦中它就相當(dāng)于錄像帶中的目錄。你在這里尋找關(guān)于該影像的特征以便確定它是什么。西紅柿有尖形的葉子，蘋(píng)果有細(xì)長(zhǎng)的莖。當(dāng)在這個(gè)層次上發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果的莖之后，大腦就能夠確定視野中的物體是蘋(píng)果。

然后，信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)發(fā)回到視覺(jué)緩沖器，蘋(píng)果就被識(shí)別了。值得注意的是，每個(gè)視覺(jué)區(qū)既通過(guò)神經(jīng)纖維向上發(fā)送信息，同時(shí)也接受從那里反饋回來(lái)的信息。兩個(gè)方向常有大量信息在流動(dòng)。頭腦中的影像是這兩種因素共同作用的結(jié)果，是精神的刺激活化了這個(gè)系統(tǒng)，而不是視覺(jué)刺激。這個(gè)刺激可以是任何形式，包括記憶、氣味、面孔、幻想、歌曲或問(wèn)題。

凱斯蘭博士說(shuō)：“例如，我請(qǐng)你想像一只貓?！边@時(shí)腦中貓的形象是以往信息編碼輸入大腦的形象?！八?，你在聯(lián)想記憶的錄像帶中找到了貓?！?br>
當(dāng)那個(gè)亞系統(tǒng)被活化，一個(gè)完整的貓的影像就出現(xiàn)在屏幕上，或稱(chēng)做初級(jí)視覺(jué)皮質(zhì)的視覺(jué)緩沖器上。這是個(gè)盜版貓的形象。這種形象在每個(gè)人的頭腦中各不相同。

“現(xiàn)在我問(wèn)你另外一個(gè)問(wèn)題，這只貓的爪子是彎曲的嗎?”為了得出答案，大腦會(huì)轉(zhuǎn)移注意力，回到更高的亞系統(tǒng)，在那里儲(chǔ)存著詳細(xì)的特征。

“你激活了關(guān)于彎曲爪子的記錄，并且將注意力移到貓的前爪，并把這些特征附上，每一個(gè)影像就這樣一步步建立起來(lái)?！?br>
一個(gè)印象越復(fù)雜，那么它在視覺(jué)緩沖器出現(xiàn)所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，凱斯蘭博士說(shuō)。根據(jù)大腦掃描技術(shù)——正電子發(fā)射體層攝影，凱斯蘭博士估計(jì)，每附加一項(xiàng)內(nèi)容，需要75/1000～100/1000秒的時(shí)間。

對(duì)于想像的物體和場(chǎng)面，視覺(jué)系統(tǒng)能夠提供非常精確的圖像，再現(xiàn)—個(gè)真實(shí)的世界?！澳銓?duì)臆想的景象進(jìn)行掃描觀察，會(huì)有身臨其境的感覺(jué)?！眲P斯蘭博士說(shuō)。

要求一個(gè)人想像不同大小的物體，就可以表現(xiàn)出視覺(jué)系統(tǒng)的準(zhǔn)確再現(xiàn)能力。凱斯蘭博士說(shuō)：“想像一只小蜜蜂，它的頭是什么顏色的?”為了回答，人們需要花時(shí)間將焦點(diǎn)聚集到蜜峰的頭部，才能做出回答。

相反，也可以想像物體溢出視野。凱斯蘭博士說(shuō)：“想像朝著—輛汽車(chē)走去，你走得越近它顯得越大。終于你看不見(jiàn)汽車(chē)，似乎它從你腦海的屏幕上退掉了。”

大腦受損的人其視覺(jué)系統(tǒng)常常表現(xiàn)為肩負(fù)雙重責(zé)任。法拉博士說(shuō)，例如，中風(fēng)的病人失去了辨別顏色的能力，同時(shí)也想像不出顏色。

法拉博士還說(shuō)，一位女癲癇患者，醫(yī)生為了減少病癥發(fā)作而切除了她的左側(cè)枕葉，這使她想像物體的能力發(fā)生了顯著變化。手術(shù)前，她在腦海中估計(jì)，自己距離一匹馬大約14英尺時(shí)馬的形象溢出視野；而手術(shù)后，她估計(jì)該距離變?yōu)?4英尺。她的腦海影像的區(qū)域被減少了一半。

另一位患者的“什么”系統(tǒng)受到損傷，而“哪里”系統(tǒng)完好無(wú)損?！叭绻阕屗胂裎鞴侠锩媸鞘裁搭伾模恢馈?，法拉博士說(shuō)，如果你追問(wèn)，他也許會(huì)說(shuō)是藍(lán)色。但如果你問(wèn)他新澤西和北卡羅來(lái)那哪個(gè)州距俄克拉何馬更近，他會(huì)立刻給出正確答案。

法拉博士說(shuō)，對(duì)于健康人大腦影像的研究也得出類(lèi)似的結(jié)論。當(dāng)一個(gè)人看一個(gè)物體，然后想像這個(gè)物體時(shí)，腦中相同區(qū)域被激活。當(dāng)人們細(xì)致地勾劃自己的想象時(shí)，他們應(yīng)用了與視覺(jué)中使用相同的神經(jīng)通路。有趣的是，那些自稱(chēng)想像力非常豐富的人，大腦的相關(guān)區(qū)域的活動(dòng)確實(shí)比普通人更強(qiáng)烈。

科學(xué)家說(shuō)，在日常生活中，人們常常運(yùn)用想像力喚起記憶中的信息，進(jìn)行推理和學(xué)習(xí)新的技巧。事實(shí)證明，想像力能夠激發(fā)創(chuàng)造力。當(dāng)愛(ài)因斯坦想像追逐一束光線(xiàn)并趕上光速時(shí)，他第一次想到了相對(duì)論。

想像力能夠提高運(yùn)動(dòng)技能。當(dāng)你看到一個(gè)杰出的運(yùn)動(dòng)員做出特殊的動(dòng)作，你會(huì)注意他(她)是如何做的，并且你用那些信息來(lái)為你自己的肌肉制定程序。基本上，大腦的“哪里”系統(tǒng)也運(yùn)用同樣的影像，來(lái)指導(dǎo)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)和想像中的運(yùn)動(dòng)。這樣，實(shí)際參加運(yùn)動(dòng)時(shí)考慮想像中的這些影像信號(hào)，并將其運(yùn)用到實(shí)際運(yùn)動(dòng)中。

關(guān)于腦海影像系統(tǒng)的各組成部分，每個(gè)人都顯示出很大的差異性。這有利于解釋人為什么有的具有天賦，有的偏愛(ài)某些方面。凱斯蘭博士說(shuō)，比如，戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員能夠瞬間就想像出復(fù)雜物體旋轉(zhuǎn)的樣子，但許多人完成這種想像需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間。

在目前正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，凱斯蘭博士等人利用新的儀器，對(duì)數(shù)學(xué)家和藝術(shù)家的大腦進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示這些人大腦的連接網(wǎng)絡(luò)都存在生物學(xué)差異。那么一個(gè)擅長(zhǎng)幾何的人的大腦與一個(gè)擅長(zhǎng)代數(shù)的人是否相同?他們正在這方面努力探索。

新的研究引出了一個(gè)哲學(xué)難題，即人們?nèi)菀讓⒁芟牒驼鎸?shí)相混淆，繼而引發(fā)了人們對(duì)證詞的質(zhì)疑和對(duì)記憶本身的疑慮。

凱斯蘭說(shuō)：“在視覺(jué)感知中，當(dāng)你只看到畫(huà)面的一部分時(shí)，你會(huì)以為看到了完整的物體。如果你期望看見(jiàn)的是一個(gè)蘋(píng)果，那么各種信息片斷就會(huì)驅(qū)駛整個(gè)系統(tǒng)在你的視覺(jué)緩沖器上產(chǎn)生蘋(píng)果的印象。”換句話(huà)說(shuō)，你過(guò)于控制自己的思維，以致你從記憶庫(kù)調(diào)出了有關(guān)蘋(píng)果的錄像帶進(jìn)行播放。

這樣，人們?cè)诳赡鼙蛔约耗X海中的印象所欺騙。試想，當(dāng)你看到一個(gè)店員驚恐萬(wàn)狀，有個(gè)人站在他的面前，這時(shí)你會(huì)猜想這里正在發(fā)生一場(chǎng)搶劫。天很黑并且這人的手在黑暗中。因?yàn)槟懔舷霑?huì)看到一支槍?zhuān)阅愕乃季S被誘導(dǎo)，從而啟動(dòng)了記憶系統(tǒng)中關(guān)于槍的記錄，盡管他的手上并沒(méi)有槍。對(duì)于大腦而言，它看到了槍?zhuān)鞘翘摶谩?br>
幸好，視覺(jué)輸入的信號(hào)要比由想象產(chǎn)生的信號(hào)更清晰。但在漆黑的夜里，有些時(shí)候，人們?nèi)菀妆蛔约旱拇竽X所欺騙。

令人驚奇的是，人們并不經(jīng)?；煜F(xiàn)實(shí)和想像，馬西婭·約翰遜博士說(shuō)。約翰遜博士是普林斯頓的心理學(xué)家，她通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明使人發(fā)誓認(rèn)為自己看見(jiàn)了什么或聽(tīng)到了什么，而實(shí)際上并不存在。她說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，想像較模糊，沒(méi)有現(xiàn)實(shí)的記憶清楚。人們通過(guò)事物可能性大小，來(lái)區(qū)分真實(shí)的記憶與想像。

腦科學(xué)研究對(duì)早期教育有什么啟示

我非常榮幸能有機(jī)會(huì)參加新東方這次家庭教育研究與指導(dǎo)中心成立的發(fā)布會(huì)，由于時(shí)間關(guān)系，我直接切入話(huà)題，我講座的題目是“腦科學(xué)研究對(duì)兒童早期教育的啟示”。

其實(shí)腦科學(xué)的研究涉及到三方面內(nèi)容：怎么樣理解腦？怎么樣保護(hù)腦？怎么樣開(kāi)發(fā)腦？早期教育的體制涉及到早期教育的兩個(gè)部分：一個(gè)是正常兒童早期教育，另一個(gè)是特殊兒童早期教育，也就是殘疾兒童，當(dāng)然特殊兒童也包括殘疾兒童、超常兒童和有行為和情緒問(wèn)題的兒童，當(dāng)然也涉及到非早期教育的一些其他問(wèn)題。

我談兩方面問(wèn)題：一個(gè)是腦科學(xué)目前在研究方面主要缺哪些成果？也就是對(duì)人腦奧秘的解讀達(dá)到哪一種水平；第二個(gè)問(wèn)題，腦科學(xué)為早期教育提供了哪些啟示。

大家知道人成為萬(wàn)物之靈最重要特點(diǎn)是因?yàn)槿擞新斆鞯拇竽X，離開(kāi)聰明大腦，我們和動(dòng)物沒(méi)有很多區(qū)別，神奇無(wú)比的大腦也就使人成為萬(wàn)物之靈，對(duì)腦科學(xué)研究應(yīng)該說(shuō)是國(guó)際性課題，中國(guó)從1999年香山會(huì)議以后也開(kāi)始逐步進(jìn)行腦科學(xué)研究，有這方面研究條件的研究所、研究院和大學(xué)基本上都開(kāi)展了這方面的研究，華東師大在這方面的研究主要集中在特殊兒童腦科學(xué)研究方面。

腦科學(xué)研究到現(xiàn)在為止，人們想解開(kāi)心智的秘密，實(shí)際上離這個(gè)距離非常遠(yuǎn)，也就是說(shuō)我們剛剛從一個(gè)黑箱走到灰箱。

但是人們對(duì)人腦的奧秘這種科學(xué)研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，成為許多科學(xué)家追求的目的，主要范圍有三點(diǎn)：理解腦、保護(hù)腦、開(kāi)發(fā)腦。

我們不是借助于神經(jīng)科學(xué)研究，我們的著眼點(diǎn)除了物質(zhì)能量和信息以外，我們關(guān)心人腦的信息活動(dòng)，人腦的活動(dòng)之所以幾十年來(lái)成為一個(gè)研究的焦點(diǎn)，主要是研究手段的改進(jìn)，尤其是腦功能成像，能在不破壞腦的情況下進(jìn)行這方面的研究，原來(lái)的研究多半都是靜態(tài)的，在腦不發(fā)生功能情況下進(jìn)行研究，由于這樣一些條件，我們開(kāi)始能夠了解到人的動(dòng)作中樞、語(yǔ)言中樞、視覺(jué)中樞在什么地方。

從1968年到2004年，關(guān)于腦功能研究論文數(shù)目急速上升，我們學(xué)校從去年開(kāi)始裝3T腦功能研究設(shè)備，我個(gè)人負(fù)責(zé)自閉癥兒童腦功能研究。

腦功能成像研究，聽(tīng)到一個(gè)詞，被動(dòng)的看到一個(gè)詞，或者什么都沒(méi)有做，腦子里想到的一個(gè)詞，內(nèi)部研討都可以從腦功能里做出一些區(qū)別。

從這些研究里面，我們首先肯定了一點(diǎn)，人腦是種系進(jìn)化的結(jié)果，人之所以那么聰明，不是一代、兩代形成的，而是種系長(zhǎng)期進(jìn)化的過(guò)程，經(jīng)過(guò)六百多萬(wàn)年脊椎動(dòng)物腦的進(jìn)化，尤其額葉的發(fā)展，尤其是額葉前部。

值得注意的是種系比較中得出來(lái)的結(jié)論并不能簡(jiǎn)單的推而廣之。

第一是種系的發(fā)展，進(jìn)化，另外就是個(gè)性的發(fā)展，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，種系的發(fā)展是無(wú)能為力的，誰(shuí)也沒(méi)有辦法改變幾百萬(wàn)年怎么樣進(jìn)化，這是事后才知道的，而腦的個(gè)體發(fā)展，是我們?nèi)嗽谝簧^(guò)程中多少能夠控制的一個(gè)部分，我們的研究落實(shí)到這方面更有意義。

整個(gè)的生長(zhǎng)發(fā)育，是以遺傳信息為基礎(chǔ)的自我建構(gòu)過(guò)程，教育學(xué)上有一個(gè)永恒的命題，就是遺傳和環(huán)境之間的關(guān)系，有機(jī)體還是以遺傳信息為基礎(chǔ)，同時(shí)又在環(huán)境的熏陶下不斷的進(jìn)行自我構(gòu)建，比如10月懷胎，完成了個(gè)體種系發(fā)展從單細(xì)胞到高級(jí)哺乳動(dòng)物經(jīng)歷了10億年這一歷程。

基因是控制生命遺傳特征的最基本的單位，人類(lèi)基因組計(jì)劃是生命科學(xué)史上最偉大的工程之一。

對(duì)我們的教育來(lái)說(shuō)，母親懷孕的最后三個(gè)月，與嬰兒出生后的頭兩年被稱(chēng)為大腦發(fā)育的加速期，成人大腦一半以上的重量是這段時(shí)間獲得的，從母親懷孕的第7個(gè)月開(kāi)始到1歲生日期間，大腦每天增加1.7克，或者每分鐘增加重量1毫克多。

上個(gè)月我們還跟上海精神病院開(kāi)了一個(gè)聯(lián)席會(huì)議，隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，很多低體重兒、早產(chǎn)兒基本上都能救活，死亡率降的非常非常低，我說(shuō)死亡率降的越來(lái)越低，你有成就感，我們?cè)黾恿撕芏嗵亟虒?duì)象，當(dāng)然了，最近在教育部起草特殊教育12年發(fā)展規(guī)劃時(shí)我談到人其實(shí)是從特殊教育開(kāi)始從特殊教育結(jié)束，最早時(shí)候很多東西都沒(méi)有達(dá)到正常水平，但是到一定時(shí)候又離開(kāi)了正常水平。

腦到底是由什么東西構(gòu)成呢？由腦細(xì)胞、神經(jīng)元構(gòu)成，腦神經(jīng)細(xì)胞分為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，每個(gè)神經(jīng)元每秒鐘可以傳遞250-2500個(gè)神經(jīng)沖動(dòng)，每個(gè)神經(jīng)沖動(dòng)以不同的組合形式在神經(jīng)纖維中傳輸成“編碼”，前20年時(shí)還不知道大腦怎么研究，希望通過(guò)用電腦模擬研究，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)人腦跟電腦操作方法完全不一樣，這種模擬非常有限，但是也給我們提供了很多啟示。

陳根：繪制嬰兒大腦地圖，為科技醫(yī)療提供研究進(jìn)路

文/陳根

不論是腦機(jī)接口，還是人工智能，歸根結(jié)底，都離不開(kāi)腦科學(xué)的支撐。事實(shí)上，腦機(jī)接口和人工智能始于腦科學(xué)，也受腦科學(xué)發(fā)展的局限。因此，對(duì)于人腦的研究顯得至關(guān)重要。

近日，英國(guó)科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)展示了一種對(duì)嬰幼兒大腦進(jìn)行成像的新技術(shù)。 這一突破希望能讓研究人員在不需要昂貴的核磁共振成像機(jī)的情況下，有新的方法來(lái)研究自然環(huán)境中的嬰兒大腦活動(dòng) 。

用傳統(tǒng)的神經(jīng)影像學(xué)方法研究清醒嬰兒的大腦皮質(zhì)功能是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。這是因?yàn)?，嬰兒通常非?；钴S，由于他們一直移動(dòng)，且很容易分心，而使用核磁共振成像這樣的技術(shù)，受試者必須完全保持靜止，這對(duì)清醒的嬰兒來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，功能性近紅外光譜（fNIRS）在發(fā)育神經(jīng)科學(xué)中越來(lái)越普遍，但其在分辨率、空間特異性和工效學(xué)等方面都有很大的局限性 。此外，與典型的fNIRS方法相比，高密度近紅外光源和探測(cè)器陣列在空間分辨率和特異性方面有了顯著提高。

然而，大多數(shù)現(xiàn)有的fNIRS設(shè)備只允許獲得約20-100個(gè)稀疏分布的fNIRS信道，增加光電二極管的數(shù)量帶來(lái)了重大的機(jī)械挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于嬰兒應(yīng)用。

而在此次研究中，新一代可穿戴、模塊化、高密度漫反射光學(xué)層析成像（HD-DOT）技術(shù)則克服了傳統(tǒng)的、基于光纖和低密度f(wàn)NIRS測(cè)量的局限性。 在這項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，研究人員利用可穿戴HD-DOT進(jìn)行了第一項(xiàng)嬰兒大腦研究 。

其中，可穿戴HD-DOT系統(tǒng)被稱(chēng)為L(zhǎng)UMO，測(cè)試的原型來(lái)自UCL的衍生公司Gowerlabs。帽上的每個(gè)六邊形包含三個(gè)LED光源和四個(gè)傳感器。近紅外光用于檢測(cè)大腦氧合的變化。 這些氧合變化顯示了大腦中正忙于處理信息的區(qū)域，這意味著研究小組第一次能夠在核磁共振掃描儀之外創(chuàng)建嬰兒大腦活動(dòng)的高質(zhì)量三維圖像 。

通過(guò)這些變化，研究人員可以有效地繪制出大腦哪些部位正在積極工作的實(shí)時(shí)地圖 。這也為各個(gè)領(lǐng)域的研究人員更多地了解 健康 嬰兒大腦的發(fā)育情況提供了技術(shù)途徑，不僅是人工智能的腦科學(xué)研究，更對(duì)關(guān)于腦類(lèi)疾病建立疾病診斷、監(jiān)測(cè)和最終治療提供了新的方法。

這項(xiàng)新研究發(fā)表在《NeuroImage》雜志上。

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