追问daily | 大脑以多个并行副本存储单一记忆；在经验塑造之前，大脑自发活动引导神经连接

█ 脑科学动态

在出生后未睁眼之前，大脑就已自发活动引导神经连接的形成

内嗅皮层网格细胞为空间导航提供动态预测地图

大脑以多个并行副本存储单一记忆，随时间和经验发生动态调整

深度睡眠中海马体神经回路可重置记忆，确保大脑持续学习

激活“沉默”神经元可增强小鼠感知能力

恢复颈部淋巴管功能可显著改善大脑废物清除效率

自愿进行的中等强度运动能显著提升认知反应时间

█ AI行业动态

ACL 2024奖项公布

Hermes 3：Llama 3.1 405B模型的首个微调版本

█ AI研发动态

智能织物突破，集成温度感知与能量收集功能

新算法显著提高人机协作中的安全性与效率

XCP-D：推动功能性脑成像研究的标准化

mhGPT：轻量级AI模型在心理健康分析领域取得突破

大语言模型在心理健康评估中的多模态数据应用

脑科学动态

在出生后未睁眼之前，大脑就已自发活动引导了神经连接的形成

在感觉体验出现之前，自发活动如何塑造精细的功能回路连接是神经科学的一个基本问题。耶鲁大学Michael Crair和Liang Liang领导的研究团队最近的研究发现，通过视网膜神经节细胞的自发活动，小鼠的大脑在出生后未睁眼前就开始了轴突连接的精确塑造。

研究团队对新生小鼠的视网膜电波和自发活动进行同步成像，同时测量视网膜神经节细胞轴突的形态变化，深入探讨了其轴突分支形成过程。在实验中，研究发现，自发的视网膜活动波会在早期发育阶段通过同步化来调节轴突分支的增减。当单个轴突的活动与周围神经元的自发活动高度同步时，轴突分支更倾向于在这些区域形成；而在同步度较低的区域，分支则更容易被消除。此外，研究还揭示了轴突分支更可能出现在高谷氨酸释放点，这一发现进一步证实了“赫布法则”的作用，即“共同活动的细胞会连接在一起”。这项研究首次提供了直接的体内证据，表明自发活动通过赫布可塑性规则驱动了神经电路的精细化调整。研究发表在 Science 上。

#神经科学 #Science #自发活动 #神经连接 #Hebb法则

阅读论文：

Matsumoto, Naoyuki, et al. “Hebbian Instruction of Axonal Connectivity by Endogenous Correlated Spontaneous Activity.” Science, vol. 385, no. 6710, Aug. 2024, p. eadh7814. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adh7814.

内嗅皮层网格细胞为空间导航提供动态预测地图

日本理化研究所脑科学中心的Ayako Ouchi和Shigeyoshi Fujisawa，发现了一种能够预测动物未来位置的网格细胞。这一研究旨在进一步理解大脑在空间导航中的复杂机制，揭示了内嗅皮层（MEC）在动物目标导向行为中的关键作用。

研究人员通过实验观察大鼠在开放场地中自由移动时的行为，记录了它们的运动轨迹和内嗅皮层中神经元的活动。他们发现，某些网格细胞在大鼠即将到达特定位置时会提前激活，形成一个预测网格。这些预测网格细胞的活动不仅与未来位置的距离相关，还表现出对时间的敏感性。研究还揭示，这些细胞在海马CA1区的θ振荡周期中发挥作用，通过与其他网格细胞的协同活动，形成了一条从当前到未来位置的轨迹。这一发现表明，内嗅皮层提供了一张动态的预测地图，支持了前瞻性的空间导航规划。研究发表在 Science 上。

#神经科学 #Science #预测网格细胞 #空间导航 #内嗅皮层

阅读论文：

Ouchi, Ayako, and Shigeyoshi Fujisawa. “Predictive Grid Coding in the Medial Entorhinal Cortex.” Science, vol. 385, no. 6710, Aug. 2024, pp. 776–84. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.ado4166.

大脑以多个并行副本存储单一记忆，随时间和经验发生动态调整

巴塞尔大学生物中心的Flavio Donato教授团队致力于研究大脑中记忆的存储和变化机制。记忆是大脑帮助我们从过去经验中学习并应对新情况的基础，而这一过程并非静态的。研究团队利用小鼠模型发现，海马体中负责记忆的神经元在胚胎发育的不同阶段生成多个并行的记忆副本，这些副本在时间和经验的影响下发生动态变化。

该研究通过小鼠实验，揭示了海马体中早期和晚期生成的神经元群体如何分别形成不同的记忆副本。早期形成的神经元负责长时间保存记忆，其记忆副本在初期较弱，但随着时间的推移逐渐变强。而晚期形成的神经元在记忆形成初期较强，但随着时间推移逐渐消退。中期生成的神经元则保存了相对稳定的记忆副本。研究显示，不同记忆副本的激活时间和再激活轨迹影响了记忆的持久性和可塑性。这一发现证明了大脑在记忆存储中的高度灵活性，有助于我们理解大脑如何在应对新环境时进行记忆调整。研究发表在 Science 上。

#神经科学 #Science #记忆塑性 #海马体 #神经元

阅读论文：

Kveim, Vilde A., et al. “Divergent Recruitment of Developmentally Defined Neuronal Ensembles Supports Memory Dynamics.” Science, vol. 385, no. 6710, Aug. 2024, p. eadk0997. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.adk0997.

深度睡眠中海马体的特定神经回路可重置记忆，确保大脑持续学习

康奈尔大学Azahara Oliva领导的研究团队通过研究睡眠对大脑记忆功能的影响，发现睡眠不仅修复体力，还通过一种神经机制重置记忆。

研究团队在小鼠的海马体中植入电极，记录了学习和睡眠期间的神经元活动。研究发现，CA1区和CA3区的神经元在非快速眼动睡眠期间重复了白天学习时的活动模式。然而，这些区域会在睡眠中被称为“BARR”的网络事件中暂时沉默，从而实现记忆的重置。这一现象由海马体的CA2区控制，通过调节椎体神经元和CCK+篮状细胞（CCK+ basket cells）之间的神经回路，使得大脑能够在不耗尽神经元资源的情况下，持续学习新事物。研究还发现，抑制BARR事件中的CCK+篮状细胞活动会导致CA1区神经元同步性增加，从而损害记忆巩固。

这一发现表明，CA2区的神经回路在维持海马体网络的稳定性和记忆巩固中具有重要作用。这项研究为理解记忆的动态过程提供了新的视角，并可能为治疗阿尔茨海默病和创伤后应激障碍提供新方法。研究发表在 Science 上。

#神经科学 #Science #记忆重置 #海马体 #睡眠

阅读论文：

Karaba, Lindsay A., et al. “A Hippocampal Circuit Mechanism to Balance Memory Reactivation during Sleep.” Science, vol. 385, no. 6710, Aug. 2024, pp. 738–43. science.org (Atypon), https://doi.org/10.1126/science.ado5708.

激活“沉默”神经元可增强小鼠感知能力

伦敦大学学院的研究团队在最新的实验中探讨了小鼠感觉皮层中神经元活动与感知决策之间的关系。他们结合了双光子钙成像技术和光遗传学技术，试图揭示那些通常保持“沉默”的神经元在感知过程中的作用。

研究团队设计了一项胡须感知的决策任务，小鼠需要辨别双侧胡须的偏向，并通过舔水口报告决策。通过双光子钙成像技术，他们发现，感觉皮层中的神经元对对侧和同侧的胡须输入呈现稀疏编码，大部分神经元在任务中保持沉默。接着，研究人员使用双光子全息光刺激技术激活这些沉默的锥体神经元，结果显示，小鼠的感知偏向随着被激活的神经元数量增加而增强。

这一现象主要由那些在任务表现中没有表现出感觉或运动相关活动的非编码神经元的激活所主导。同时，研究还揭示了感觉处理过程中皮层抑制的强大作用，尤其是对非编码神经元的选择性抑制。这表明，在特定条件下，非编码神经元的激活可以显著增强小鼠的感知能力。研究发表在 Neuron 上。

#神经科学 #Neuron #感知决策 #光遗传学 #稀疏编码

阅读论文：

Gauld, Oliver M., et al. “A Latent Pool of Neurons Silenced by Sensory-Evoked Inhibition Can Be Recruited to Enhance Perception.” Neuron, vol. 112, no. 14, July 2024, pp. 2386-2403.e6. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.04.015.

恢复颈部淋巴管功能可显著改善大脑废物清除效率

随着年龄的增长，大脑清除有害废物的能力减弱，增加了阿尔茨海默病、帕金森病等神经疾病的风险。罗切斯特大学的研究团队通过恢复颈部淋巴管的功能，探索了改善老年大脑废物清除效率的可能性。

研究团队开发了一种名为“双光子光学成像结合粒子追踪技术”（2P-OPTIC）的新方法，用于在活体小鼠中研究颈部淋巴管（cLVs）的流体力学特性。他们发现，颈部淋巴管内的液体流动主要依赖于淋巴管壁的内在收缩驱动。然而，随着小鼠的衰老，淋巴管的收缩频率和流速显著下降，导致大脑废物清除效率降低。

为了应对这一问题，研究人员使用了一种名为前列腺素F2α（prostaglandin F2α）的药物，这种药物已广泛应用于临床，具有增强平滑肌收缩的作用。实验结果表明，药物处理后，老年小鼠的淋巴管收缩频率和流速显著提高，大脑废物的清除效率恢复到年轻小鼠的水平。该研究揭示了颈部淋巴管在大脑废物清除过程中的重要性，并为未来针对相关神经疾病的治疗提供了新的思路。研究发表在 Nature Aging 上。

#大脑健康 #Nature Aging #淋巴管 #前列腺素F2α #神经退行性疾病

阅读论文：

Du, Ting, et al. “Restoration of Cervical Lymphatic Vessel Function in Aging Rescues Cerebrospinal Fluid Drainage.” Nature Aging, Aug. 2024, pp. 1–14. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s43587-024-00691-3.

中等强度自愿运动显著提升认知反应时间

来自英国朴茨茅斯大学与日本电气通信大学、明治安田生命健康福利基金会、濑户南大学的研究团队合作进行了一项研究，旨在揭示运动如何提升认知表现的机制。这一发现有助于未来为因伤病或残疾而无法进行常规运动的人群开辟新的认知健康治疗途径。

该研究纳入了24名年轻健康的男性参与者，分别在不同条件下完成了认知任务。参与者在静息状态、骑动感单车以及在使用电刺激（EMS）下分别完成了认知反应任务（Go/No-Go task），以比较自愿性运动与强制性运动对认知表现的影响。结果显示，在自愿进行中等强度运动的条件下，参与者的认知反应时间（RT）显著缩短，而在低强度运动和电刺激条件下，反应时间没有显著变化。

研究进一步通过相关性分析发现，反应时间的改善与中枢神经活动（如心率变异性LnRMSSD，反映心脏节律调节）有关，特别是在中等强度运动中表现得尤为明显。研究团队认为，中枢神经活动和运动压力反射可能在认知反应时间的改善中发挥了关键作用。这一研究发表在European Journal of Applied Physiology上。

#大脑健康 #认知科学 #中等强度运动 #电刺激 #反应时间

阅读论文：

Sudo, Mizuki, et al. “Effects of Voluntary Exercise and Electrical Muscle Stimulation on Reaction Time in the Go/No-Go Task.” European Journal of Applied Physiology, July 2024. Springer Link, https://doi.org/10.1007/s00421-024-05562-8.

AI 行业动态

ACL 2024奖项公布

在刚刚于泰国曼谷举行的第62届ACL（自然语言处理与计算语言学会议）上，众多前沿研究成果得到了表彰。ACL作为全球最具影响力的自然语言处理顶级会议，每年吸引大量来自世界各地的学者参与。今年，会议共接收了400余篇论文，并评选出7篇最佳论文、35篇杰出论文、最佳主题论文奖1篇。大会还评出了资源论文奖3篇、社会影响力奖3篇、时间检验奖2篇。

其中华中科技大学等机构的研究团队凭借一项针对甲骨文破译的创新性研究摘得最佳论文奖。他们开发了一种名为Oracle Bone Script Decipher 的扩散模型，通过图像生成技术，为解读这一古老语言提供了新的可能性。

此外，斯坦福大学提出的GloVe模型因其在词向量表征上的突破性贡献而荣获时间检验奖。GloVe模型凭借其简单而有效的方式，显著提高了词类比任务和命名实体识别的性能，至今仍在自然语言处理领域发挥着重要作用。

#ACL2024 #甲骨文破译 #自然语言处理 #扩散模型 #GloVe

阅读更多：

https://x.com/aclmeeting/status/1823664612677705762

Hermes 3：Llama 3.1 405B模型的首个微调版本

Hermes 3 是 Nous Research 推出的最新版本语言模型，标志着个性化和开源人工智能的发展迈上了新台阶。Hermes 3 基于 Meta 的 Llama 3.1 405B 模型，经过精细调优，不仅具备卓越的推理能力，还专注于与用户需求的高度契合，提供更少限制、更高灵活性的交互体验。

Hermes 3 提供三种参数规模（8B、70B 和 405B），支持复杂角色扮演、函数调用和多轮对话等任务，尤其适合需要高级推理和决策支持的专业用户。此外，Hermes 3 在 Nous Research 的合作伙伴 Lambda Cloud 上免费提供，并可通过简单的界面与其互动，方便用户探索其强大的功能。

Hermes 3 的训练过程使用了合成数据和人类反馈的强化学习，结合了 Neural Magic 的量化技术，显著降低了模型的硬件需求，使其能够在单节点上运行，或在需要时扩展至多节点集群。Nous Research 的联合创始人 Teknium 表示，Hermes 3 的推出实现了一个真正以用户为中心的开源前沿模型，将为未来的开源人工智能发展奠定基础。

#Hermes3 #开源AI #LLM #LambdaCloud #自由创作

阅读更多：

https://nousresearch.com/wp-content/uploads/2024/08/Hermes-3-Technical-Report.pdf

AI 研发动态

智能织物突破，集成温度感知与能量收集功能

滑铁卢大学的研究团队与江南大学合作，开发了一种集多功能感知与自供电能力于一体的智能织物。该织物可实现健康监测、运动追踪和能量收集等应用，无需依赖外部电源，是智能可穿戴设备领域的一项重要突破。

研究团队通过在尼龙织物表面构建聚多巴胺（PDA，polydopamine）层，成功将MXene（一种二维材料）附着于织物上，创造出具有多功能感知能力的可拉伸热电织物。这种织物在温度检测和应变检测方面表现出色，能够准确感知温度变化，并在长达3200次的循环测试中保持稳定性能。同时，该织物在附着于口罩上时，能够利用人体与环境之间的温差，将体热转化为电能，并准确检测呼吸频率。这些特性使得该织物在健康监测、运动追踪和能量收集等领域展现出巨大的应用潜力。

此外，研究还发现，该织物能够通过自身变形监测关节状态，并可将太阳能转化为热能，为未来智能织物的发展提供了重要的基础。该研究成果表明，基于MXene的热电织物有望在智能穿戴设备领域发挥重要作用。研究发表在 Advanced Materials 上。

#神经技术 #智能织物 #能量收集 #健康监测

阅读更多：

“MXene-Based Thermoelectric Fabric Integrated with Temperature and Strain Sensing for Health Monitoring.” Journal of Materials Science & Technology, vol. 212, Mar. 2025, pp. 272–80. www.sciencedirect.com, https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.011.

新算法显著提高人机协作中的安全性与效率

由于人类在工业环境中的不专心行为经常导致工作事故，华盛顿州立大学Mehdi Hosseinzadeh及华盛顿大学的研究团队开发了一种新算法，以应对这一问题。

研究团队引入了“疏忽等级”（carelessness level）的概念，作为机器人行动规划的重要组成部分，以优化机器人在与人类协作时的安全性和效率。该算法旨在减少疏忽的人类因不专心而违背安全规则并降低工作效率的可能性。通过在模拟环境中测试，研究人员在一个包含四名工人和一台机器人的包装线上，以及一个由两名工人和一台机器人协作的装配线上进行了实验。

结果表明，与传统算法相比，该新算法在最大程度上提高了80%的安全性，并提升了38%的效率。这一成果表明，考虑人类行为变化的机器人规划器能够显著提升人机协作的整体效能。研究团队计划在实验室中进行进一步测试，并最终在实际生产环境中验证其有效性。研究发表在IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems上。

#神经技术 #疏忽等级 #机器人规划 #人机协作

阅读更多：

Hosseinzadeh, Mehdi, et al. “Robot Action Planning in the Presence of Careless Humans.” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2024, pp. 1–12. IEEE Xplore, https://doi.org/10.1109/TSMC.2024.3404346.

XCP-D：推动功能性脑成像研究的标准化

神经科学研究中，功能性磁共振成像（fMRI）技术是不可或缺的工具。然而，尽管预处理流程已高度标准化，后处理流程仍面临许多挑战，如方法的不一致性及其对研究结果可复制性的影响。应对这一问题，宾夕法尼亚大学的PennLINC与明尼苏达大学的DCAN实验室合作开发了新的软件工具XCP-D。

XCP-D不仅支持多种预处理数据格式，包括fMRIPrep、HCP和ABCD-BIDS等，还引入了一套统一的顶级降噪策略，以确保处理结果的一致性和可靠性。该软件包已经在儿童、青少年和成人数据上进行了广泛测试，并且已向婴儿数据扩展。

软件的开发采用了开源和测试驱动的模式，确保了过程的透明性和持续性。用户可以通过Docker或Apptainer平台轻松部署和使用XCP-D，而且在官方发布前，该工具已经在DockerHub上被下载超过5000次。

#功能性脑成像 #标准化 #神经科学研究

阅读更多：

Mehta, Kahini, et al. “XCP-D: A Robust Pipeline for the Post-Processing of fMRI Data.” Imaging Neuroscience, vol. 2, Aug. 2024, pp. 1–26. Silverchair, https://doi.org/10.1162/imag_a_00257.

mhGPT：轻量级AI模型在心理健康分析领域取得突破

随着人工智能技术的不断进步，心理健康分析领域也迎来了新的突破。最近，由美国国家儿童医院和华盛顿大学的研究团队开发的mhGPT模型，展示了在有限硬件资源下也能达到高性能的可能性。该模型是一种基于GPT-NeoX架构的轻量级生成式预训练变换器，专门针对心理健康任务进行了训练和微调。

mhGPT利用了与心理健康相关的PubMed文章和Reddit帖子作为训练数据，通过创新的数据采样和自定义词汇表处理方法，优化了模型的训练效率和效果。研究结果表明，即使在参数数量只有1.98亿的情况下，mhGPT也能在多个心理健康识别任务上超越或匹配到现有最先进模型的性能。

此外，该研究还探讨了微调技术的应用，尤其是如何通过NEFTune技术和LoRA方法有效地减少GPU内存使用并缩短训练时间。这些技术的应用不仅提升了mhGPT的性能，也为未来在资源受限的环境中部署高效的AI模型提供了可能。

#心理健康 #人工智能 #mhGPT

阅读更多：

Kim, Dae-young, et al. mhGPT: A Lightweight Generative Pre-Trained Transformer for Mental Health Text Analysis. arXiv:2408.08261, arXiv, 15 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.08261.

探索大型语言模型在心理健康评估中的多模态数据应用

在现代心理健康评估中，结合脑电图（EEG）等生理信号的大型语言模型（LLM）被视为未来评估工具的前景。近期的研究表明，相较于传统的单一数据模式，多模态数据集成能够提供更为全面和准确的心理状态评估。

研究者采用了三个包含EEG模态的数据集：MODMA、PME4和LUMED-2，这些数据集不仅包括了EEG数据，还包含音频和面部表情等信息。通过采用零样本和少样本提示技术，研究展示了在多模态情境下LLM的强大预测能力。特别是，LLM在处理包含EEG数据的多模态信息时表现出了显著的优势。

实验结果显示，结合EEG与其他模态的多模态方法在心理健康识别方面明显优于单一模态方法。例如，当结合EEG和面部表情数据时，模型在情感状态识别的准确性有了显著提升。这不仅强调了EEG在心理健康评估中的重要性，也显示了LLM在处理复杂、多源数据时的潜力。

#心理健康 #EEG #大型语言模型

阅读更多：

Hu, Yongquan, et al. Exploring Large-Scale Language Models to Evaluate EEG-Based Multimodal Data for Mental Health. 14 Aug. 2024. arXiv.org, https://doi.org/10.1145/3675094.3678494.

整理｜ChatGPT

编辑｜丹雀、1990、 存源

关于追问nextquestion

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。

关于天桥脑科学研究院

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。