追问daily | 抽象表征可视化；超200h的视觉体验数据集发布；压力状态下大脑通过迷走神经影响肠道菌群平衡

█ 脑科学动态

34种中棘神经元亚型，有助于成瘾治疗的精准干预

如何在海马体中可视化抽象表征？

压力状态下大脑通过迷走神经影响肠道菌群平衡

激活运动欲望的肌肉与大脑信号通路

功能性脑部扫描发现无反应脑损伤患者的隐藏意识

激活大脑休眠干细胞的新方法

█ AI行业动态

Agent Q：下一代具备规划与自我修复能力的AI代理

Grok-2 语言模型发布，AI推理能力再获突破

GPT-4o 最新更新：提升用户体验的细节优化

GEN-3 Alpha Turbo：生成速度提升7倍，引发AI视频制作新革命

█ AI研发动态

超200小时的视觉体验数据集发布

新型脑机接口帮助ALS患者恢复言语能力

NeuroTrALE：快速有效地半自动处理大量脑成像数据

重新将人工智能作为认知科学的理论工具

脑科学动态

34种中棘神经元亚型，可能有助于成瘾治疗的精准干预

宾夕法尼亚大学护理学院的研究团队通过分析大鼠伏隔核中的单细胞核糖核酸测序数据，首次揭示了中棘神经元（MSNs）的多样性。这一发现挑战了传统认为MSNs是一个同质群体的观点，并为理解不同MSN亚型在奖赏处理和成瘾中的角色提供了新视角。

研究团队利用单细胞核糖核酸测序（snRNA-seq）技术，对来自大鼠伏隔核的48,040个MSN核进行了分析。研究发现，这些MSN核分属于纹状体和基质区室（matrix compartments）两个主要群体。进一步的高分辨率聚类分析识别出了34种独特的MSN亚型，每种亚型都有其独特的基因表达特征。研究团队通过与小鼠和人类数据的整合，发现这些MSN亚型在物种间具有一致性。此外，基因组关联研究结果显示，这些MSN亚型在物质使用障碍中可能发挥不同的作用。这一研究不仅揭示了MSNs的复杂多样性，还为未来开发针对成瘾和其他大脑疾病的精准治疗方法提供了理论基础。研究发表在 Scientific Reports 上。

#神经科学 #伏隔核 #中棘神经元 #物质使用障碍 #单细胞测序

阅读论文：

Reiner, Benjamin C., et al. “A Single-Nucleus Transcriptomic Atlas of Medium Spiny Neurons in the Rat Nucleus Accumbens.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Aug. 2024, p. 18258. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41598-024-69255-0.

如何在海马体中可视化抽象表征？

由西达赛奈医学中心Ueli Rutishauser领导的研究团队，探索了人类大脑中负责抽象和推理的重要神经过程。这项研究旨在理解人类如何在快速变化的环境中，通过抽象和推理能力做出正确反应。

研究团队在17位癫痫患者的脑中植入了电极，记录了数千个神经元的活动，以观察他们在完成推理任务时的脑细胞协调情况。研究发现，成功推理的患者其海马体中的神经元活动形成了复杂的几何结构，类似于鸟群飞行的队形，这种结构被称为神经表征（representations），这可以通过人工智能和数学技术简化并可视化的。

研究还揭示，海马体中的这些抽象表征能够同时编码多个任务变量，这种能力在推理学习后出现，并且无论是通过试验错误法，还是语言指令获得推理能力，这种表征几何结构都相似。这一发现揭示了抽象和解缠的神经几何结构在复杂认知中的重要性，尤其是海马体在推理任务中的关键角色。研究发表在 Nature 上。

#神经科学 #Nature #推理能力 #抽象表征 #海马体

阅读论文：

Courellis, Hristos S., et al. “Abstract Representations Emerge in Human Hippocampal Neurons during Inference.” Nature, Aug. 2024, pp. 1–9. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07799-x.

压力状态下大脑通过迷走神经影响肠道菌群平衡

该研究由来自美国、中国和德国的医学研究人员联合完成，旨在探讨心理压力如何通过大脑影响肠道微生物群。研究团队集中研究了老鼠小肠壁中的Brunner腺体，这些腺体不仅负责分泌黏液帮助肠道内容物的移动，还与神经系统有着直接联系。

通过一系列实验，研究人员发现，当压力影响老鼠的中枢杏仁核时，迷走神经会抑制Brunner腺体的活动，导致肠道内有益的乳酸杆菌（Lactobacilli）减少。这种细菌的减少会使肠道壁变得更加渗透，导致有害物质进入血液，引发免疫反应和炎症。通过去除这些腺体，研究人员进一步证实了这些腺体对维持肠道健康和防止感染的重要性。此外，激活杏仁核或迷走神经可以恢复Brunner腺体的功能，逆转压力引起的肠道菌群失衡和免疫系统问题。研究表明，大脑的压力状态与肠道菌群之间存在直接的联系，这一发现为进一步理解心理状态如何影响整体健康提供了新视角。研究发表在 Cell 上。

#大脑健康 #Cell #肠道菌群 #压力反应 #免疫系统

阅读论文：

Chang, Hao, et al. “Stress-Sensitive Neural Circuits Change the Gut Microbiome via Duodenal Glands.” Cell, vol. 0, no. 0, Aug. 2024. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.019.

激活运动欲望的肌肉与大脑信号通路

由西班牙国家癌症研究中心的Guadalupe Sabio领导的研究团队发现，肌肉在运动时通过一种新的信号通路影响大脑，从而激发进一步运动的欲望。这一发现为解释人们在运动后为何更愿意继续锻炼提供了新的视角。

研究团队通过对动物模型和人类志愿者（包括肥胖患者）的数据分析，发现了肌肉与大脑之间的一条关键信号通路。在运动过程中，肌肉会激活两种蛋白质p38α和p38γ（均为信号通路蛋白质）。其中，p38γ的激活还会引发白细胞介素-15（IL-15）的分泌。IL-15是一种通过血液传递信号的蛋白质，它会影响大脑中的运动皮层，进而增加运动欲望。研究结果表明，定期锻炼能够持续激活这条信号通路，尤其对肥胖患者，这一途径有助于改善新陈代谢，减少糖尿病和脂肪肝的风险。研究发表在 Science Advances 上。

#神经科学 #大脑健康 #肥胖 #运动科学 #肌肉因子

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Folgueira, Cintia, et al. “Remodeling P38 Signaling in Muscle Controls Locomotor Activity via IL-15.” Science Advances, vol. 10, no. 33, Aug. 2024, p. eadn5993. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5993.

功能性脑部扫描发现无反应脑损伤患者的隐藏意识

严重脑损伤患者中，有一部分尽管表面上对外界无反应，但可能仍保有一定的认知能力，这种现象被称为“认知运动解离”。麻省总医院牵头的国际研究团队，在六个不同的研究中心展开了一项为期15年的研究，旨在利用脑部扫描技术（如fMRI和EEG）检测这些患者的意识状态。

该研究对353名意识障碍患者进行了fMRI和EEG测试，重点检测了241名表面无反应的患者对特定指令的隐秘反应。结果显示，约25%的无反应患者在测试中表现出认知运动解离现象，表明他们在无可见反应的情况下仍能执行认知任务。相比之下，对指令有反应的患者中有38%表现出隐秘反应。研究发现，认知运动解离现象在年龄较轻、受伤时间较长以及由脑外伤引发的患者中更为常见。该研究的结果强调了使用多种脑部扫描技术检测这类患者的必要性，并指出未能检测到认知运动解离可能导致患者护理的不足甚至过早撤除生命支持。研究发表在New England Journal of Medicine上。

#大脑健康 #New England Journal of Medicine #认知运动解离 #脑损伤 #神经技术

阅读论文：

Bodien, Yelena G., et al. “Cognitive Motor Dissociation in Disorders of Consciousness.” New England Journal of Medicine, vol. 391, no. 7, Aug. 2024, pp. 598–608. Taylor and Francis+NEJM, https://doi.org/10.1056/NEJMoa2400645.

激活大脑休眠干细胞的新方法

杜克-新加坡国立大学医学院与新加坡国立大学机械生物学研究所的科学家们共同研究了神经干细胞的再激活机制，这一机制对于理解神经发育障碍（如孤独症和小头畸形）的病因及开发新的治疗方法具有重要意义。

研究团队利用果蝇模型，探讨了休眠神经干细胞向神经节延伸的富含肌动蛋白（actin）的突起的功能。通过扩展和超分辨率显微镜，科学家们揭示了这些突起中的精细肌动蛋白丝（F-actin）结构，并发现F-actin的聚合能够促进心肌相关转录因子的核转位，这一过程对于神经干细胞的再激活和大脑发育至关重要。

研究表明，F-actin的聚合由G蛋白偶联受体Smog、G蛋白αq亚基、Rho1鸟苷三磷酸酶和Diaphanous（Dia）/ Formin蛋白组成的信号传导通路调控。此外，星形胶质细胞通过分泌Smog的配体折叠原肠（Fog），调控Gαq-Rho1-Dia通路，进而影响神经干细胞的再激活。这一发现为开发治疗神经发育障碍的新方法提供了新的研究方向。研究发表在Science Advances上。

#神经科学 #ScienceAdvances #神经干细胞 #星形胶质细胞 #信号传导通路

阅读论文：

Lin, Kun-Yang, et al. “Astrocytes Control Quiescent NSC Reactivation via GPCR Signaling–Mediated F-Actin Remodeling.” Science Advances, vol. 10, no. 30, July 2024, p. eadl4694. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/sciadv.adl4694.

AI 行业动态

Agent Q：下一代具备规划与自我修复能力的AI代理

在近几年，随着大语言模型（LLMs）在自然语言处理领域取得了显著进展，这些模型在互动环境中的表现仍面临诸多挑战，特别是在需要多步骤推理的任务上，如网络导航。现有的训练方法主要依赖于静态语言数据集，这导致模型在处理动态真实世界交互时显得力不从心。

为了解决这一问题，MultiOn推出了Agent Q，这是一个结合了搜索、自我批评和强化学习的全新框架，旨在打造能够进行自主规划和自我修复的先进网络代理。通过这种突破性的方法，Agent Q在自主网络导航的学习和推理上取得了显著进展，成功克服了以往LLM训练技术的局限性。

现有方法往往通过监督微调专家演示数据来进行训练，但这种方法在复杂环境中会因为错误累积和数据探索有限而导致效果不佳。Agent Q通过结合引导的蒙特卡罗树搜索（MCTS）、AI自我批评以及基于人类反馈的强化学习（RLFH）方法，显著提升了模型在多步骤推理任务中的泛化能力。

在实际应用中，Agent Q通过自动数据采集，在餐厅预订实验中将LLaMa-3模型的零样本表现从18.6%的成功率提升至81.7%，并在进一步的在线搜索后达到了95.4%。这一结果证明了Agent Q在复杂环境中有效学习并提升自主网络代理性能的能力。

#AI代理 #强化学习 #自主导航 #自我修复 #多步骤推理

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https://multion-research.s3.us-east-2.amazonaws.com/AgentQ.pdf

Grok-2语言模型发布，AI推理能力再获突破

近日，Grok-2及其精简版Grok-2 mini在平台上线，开启了公开测试阶段。较之前的Grok-1.5实现了显著提升，尤其在对话、编程和推理等任务中表现突出。

Grok-2 及其迷你版在LMSYS基准测试中，以“sus-column-r”为名进行了早期测试，并在总Elo评分上超越了Claude 3.5 Sonnet和GPT-4-Turbo。这些模型展示了卓越的性能，尤其在科学知识、阅读理解、数学和编程等领域表现出色。例如，在GPQA测试中，Grok-2取得了56%的准确率，相比之前的Grok-1.5大幅提升。

此次测试结果不仅在学术基准测试中取得了领先，还包括视觉数学推理（MathVista）和文档问答（DocVQA）等复杂任务中的杰出表现。Grok-2的多模态理解能力也将成为未来开发的重要方向。此外，Grok-2 及其迷你版将通过企业API平台向开发者开放，提供多区域低延迟推理和高级安全特性，为企业用户带来更加便捷的AI应用。

#Grok-2 #语言模型 #AI推理 #LMSYS测试 #企业API

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https://x.ai/blog/grok-2

GPT-4o最新更新：提升用户体验的细节优化

近日，OpenAI发布了最新版本的GPT-4o模型更新，这次的改进虽然没有引入全新的突破性功能，但通过一系列实验结果和用户反馈，证明了此版本在细节上的优化更受用户青睐。这次更新的主要目标是修复已知的bug并提升整体性能，虽然官方并未详细披露具体的改进内容。

OpenAI团队表示，模型行为的改进和表现的精细化评估仍在持续研究中，尽管目前还无法精确量化这些变化，但团队将继续通过添加优质数据、去除低质量数据，以及尝试新的研究方法来迭代模型性能。OpenAI承诺，将在未来尽可能详细地传达更多关于模型能力和具体改进的信息。

#GPT-4o #模型更新 #性能优化 #OpenAI #用户体验

阅读更多：

https://help.openai.com/en/articles/9624314-model-release-notes

GEN-3 Alpha Turbo：生成速度提升7倍，引发AI视频制作新革命

Runway近日发布了其最新的AI视频生成模型GEN-3 Alpha Turbo，相较于此前的GEN-3 Alpha版本，速度提升了7倍。此更新使得用户能够几乎实时生成视频，例如一个10秒的视频只需11秒便可完成。这一改进显著缩短了视频生成时间，用户在同样的时间内可以创作更多内容，从而大大提升了生产力。

GEN-3 Alpha Turbo的发布距离GEN-3 Alpha面世仅两个月时间。此前版本已因其快速的视频生成能力受到广泛好评，而此次Runway选择进一步提升速度，意在巩固其在好莱坞级别生成式AI视频领域的领先地位。

值得注意的是，Runway不仅加快了生成速度，还保持了与之前相同的生成质量，并计划将该版本的定价维持在较低水平。分析认为，这可能是由于更高效的计算模型降低了运行成本，同时也希望借此吸引更多用户订阅其服务。

#AI视频生成 #GEN3AlphaTurbo #Runway #版权争议 #生成速度提升

阅读更多：

https://venturebeat.com/ai/runway-faster-cheaper-gen-3-alpha-turbo/

AI 研发动态

新型脑机接口帮助ALS患者恢复言语能力

加州大学戴维斯分校的研究团队开发了一种新型脑机接口（BCI），旨在帮助因肌萎缩侧索硬化症（ALS）等神经系统疾病导致无法说话的患者恢复交流能力。该研究由戴维斯神经假体实验室的David Brandman和Sergey Stavisky教授领导，并由BrainGate临床试验项目支持。

研究团队为一名患有ALS的45岁男性患者进行了脑内微电极阵列植入手术，记录了其尝试说话时的脑部神经活动。这些微电极阵列位于患者左侧前中央回，能够从256个皮层电极记录大脑信号。通过这种神经假体系统，研究人员成功地将患者的大脑信号转化为可见的屏幕文字，并通过文本转语音软件发声。

在首次使用当天，该系统在50个词汇的词汇表中达到了99.6%的准确率，训练时间仅为30分钟。第二天，系统经过1.4小时的额外训练，在包含125,000个词汇的词汇表中达到了90.2%的准确率。经过8.4个月的持续数据收集和训练，系统在自发对话中维持了97.5%的准确率，患者通过该系统每分钟平均说出32个词。该研究成果展示了脑机接口技术在恢复ALS患者交流能力方面的巨大潜力。研究发表在New England Journal of Medicine上。

#神经技术 #脑机接口 #肌萎缩侧索硬化症 #神经假体 #交流恢复

阅读更多：

Card, Nicholas S., et al. “An Accurate and Rapidly Calibrating Speech Neuroprosthesis.” New England Journal of Medicine, vol. 391, no. 7, Aug. 2024, pp. 609–18. Taylor and Francis+NEJM, https://doi.org/10.1056/NEJMoa2314132.

NeuroTrALE：快速有效地半自动处理大量脑成像数据

高分辨率、网络化的大脑图谱可以通过查明健康大脑和患病大脑之间的差异来帮助提高我们对疾病的理解。然而，由于缺乏足够的工具来可视化和处理庞大的大脑成像数据集，这一进展受到了阻碍。麻省理工学院林肯实验室Lars Gjesteby正在领导一个构建神经元追踪和主动学习环境 （NeuroTrALE）的项目。NeuroTrALE结合机器学习与超级计算，能够自动处理庞大的脑成像数据，显著提高了数据处理的速度与准确性。

NeuroTrALE的一大亮点在于其“主动学习”功能。该功能允许研究人员在算法自动标注数据时进行手动校正，从而使算法在未来处理类似数据时更加精确。这一混合方法不仅减少了研究人员的工作量，还提升了数据处理效率。例如，在处理32GB数据时，NeuroTrALE的算法相较传统方法将计算时间缩短了90%。

该工具还能够通过谷歌的Neuroglancer程序进行实时数据可视化和协作，为研究人员提供了一个强大的平台来标注、分析和共享数据。最终，NeuroTrALE的目标是成为一个完全开源的工具，以推动神经科学领域的进步，并为药物开发提供支持。

#NeuroTrALE #阿尔茨海默症 #神经科学 #主动学习 #开源工具

阅读更多：

https://www.ll.mit.edu/sites/default/files/other/doc/2023-02/TVO_Technology_Highlight_45_NeuroTrALE.pdf

Michaleas, Adam, et al. “Active Learning Pipeline for Brain Mapping in a High Performance Computing Environment.” 2020 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC), 2020, pp. 1–6. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/HPEC43674.2020.9286225.

重新将人工智能作为认知科学的理论工具

人工智能的快速发展使其在多个领域显示出前所未有的应用潜力，但在认知科学中，其作为理论工具的角色还未得到充分利用。近期在PsyArXiv预印本发布的研究强调了重新将AI视为认知科学的理论工具的重要性，指出AI原本可以帮助我们理解人类认知过程就像是一系列复杂的计算过程。

研究中提到，虽然现代AI领域倾向于将人类的认知能力实现于计算系统中，并视其为短期内可实现的目标，但这种做法实际上是在简化甚至扭曲我们对认知的理解。论文明确指出，实现与人类相似的认知水平在计算上是极其困难的，目前的AI系统在本质上只能是表面的模仿，这导致了对人类认知的理解变得贫乏和扭曲。

通过具体案例，研究展示了AI在模拟语言处理和决策制作方面的应用。例如，在一个案例研究中，研究人员使用AI来解析语言的语法和语义，从而揭示语言处理的认知机制。另一个案例则探讨了AI如何帮助理解和优化人类的决策策略。

此外，研究也指出了当前应用AI在认知科学中所面临的挑战，包括模型的复杂性和解释性问题。未来的研究方向包括开发更具解释力的AI模型和推动跨学科合作，这不仅能够推进科学研究，也对教育政策和科技伦理有重要影响。

#人工智能 #认知科学 #理论工具

阅读更多：

Rooij, Iris van, et al. Reclaiming AI as a Theoretical Tool for Cognitive Science. OSF, 2 Aug. 2023. OSF Preprints, https://doi.org/10.31234/osf.io/4cbuv.

开创性的视觉体验数据集发布：记录了超过200小时的集成眼动、里程计和第一人称视频数据

在最近的一项研究中，科研团队开发了名为“视觉体验数据集”（VEDB）的新数据集，该数据集记录了超过240小时的人类视觉体验，结合了眼动、头动和第一人称视频数据。这一开创性的研究由来自多个研究机构的专家共同完成，他们利用最新的眼动追踪技术和自我运动测量技术，详细记录了参与者在日常环境中的视觉行为。

VEDB涵盖了广泛的年龄段和多样的视觉活动，使其成为理解视觉注意和行为模式的宝贵资源。数据集不仅可用于改进现有的眼动追踪方法，还可用于评估图像的空间时间统计特性，并优化用于场景和活动识别的深度神经网络。

科研团队强调了在收集和处理数据时考虑的伦理问题，确保了参与者隐私的保护，并减少了数据偏见。VEDB已通过开放科学平台公开，研究人员鼓励全球科学社区利用这一资源，以促进对自然视觉环境和行为的更深入理解。

#人工智能 #认知科学 #理论工具

阅读更多：

Greene, Michelle R., et al. The Visual Experience Dataset: Over 200 Recorded Hours of Integrated Eye Movement, Odometry, and Egocentric Video. arXiv:2404.18934, arXiv, 13 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.18934.

整理｜ChatGPT

编辑｜丹雀 、1990、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建成了支持脑科学研究的生态系统，项目遍布欧美、亚洲和大洋洲，包括学术会议和交流、夏校培训、AI加速科学大奖、科研型临床医生奖励计划、特殊病例社区、中文媒体追问等。