人工智能

序列工作記憶在獼猴前額葉表征的幾何結構

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、中國科學院靈長類神經生物學重點實驗室王立平研究組、上海腦科學與類腦研究中心閔斌副研究員和北京大學生命科學學院唐世明課題組合作，揭示序列工作記憶在獼猴大腦中表征的幾何結構。相關成果發表于《科學》（

Science

）。人類大腦無時無刻不在處理序列信息，不論是語言溝通、動作實施還是情景記憶，本質上都涉及對時序信息的表征。另外，序列的執行需要一定的時間，大腦需要在應用時序信息之前記住整個序列。這一研究發現神經元以群體編碼的形式表征了序列中的每一個空間位置，并在這些表征中發現了類似的環狀幾何結構。

序列記憶在神經高維向量空間的表征[圖片來源于中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）網站］

獼猴空間序列記憶任務[圖片來源于中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）網站］

基于鐵電隧道結的類腦突觸原型器件研究

中國科學技術大學物理學院李曉光、殷月偉等人在高性能類腦突觸原型器件方面取得進展。相關成果發表于《自然·通訊》（

Nature Communication

）。目前，運行神經網絡計算的硬件系統依然基于傳統硅基運算器與存儲器，能效遠低于人腦。研制具有神經形態模擬功能的類腦器件，如神經網絡硬件系統的核心器件“電子突觸”，是進一步推進人工智能發展的重要途徑之一。為執行復雜的人工智能任務，神經網絡硬件系統對電子突觸器件提出了諸多苛刻要求。研究基于對鐵電疇形態和翻轉動力學的設計，在鐵電量子隧道結中實現了亞納秒電脈沖下電導態可非易失連續調控的類腦突觸器件，可用于構建人工神經網絡類腦計算系統。

視覺注意的神經血氧耦合機制

北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室宋艷課題組利用腦電圖（EEG）和功能性近紅外光譜技術（fNIRS）聯合記錄及融合分析，繪制了高空間分辨率和高時間分辨率的注意的激活響應模式，揭示了注意背后有趣的神經血氧耦合機制。相關成果發表于《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）。我們每天都要對空間中不同位置的信息進行選擇。由于短時間內大腦可獲得的總能量是有限的，大腦如果要對更多的空間信息進行篩選，就需要對注意資源進行快速高效的分配。這個過程不僅伴隨著對信息進行有效的表征編碼，也伴隨著根據以往的經驗或先驗信息進行靈活的注意分配。研究為注意在目標強化和干擾抑制機制的分離提供了來自神經血氧耦合方面新的證據。

客體的可操作性調節大小錯覺加工的機制

中國科學院心理研究所腦與認知科學國家重點實驗室蔣毅研究組采用腦功能成像技術開展了一項實證研究。相關成果發表于《皮質》（

Cortex

）。與控制條件相比，錯覺條件顯著激活了枕葉區域以及雙側頂上小葉（SPL）。以SPL、外側枕葉皮層（LOC）和初級視皮層作為感興趣區域進行的動態因果模型結果表明，在左側腦區，客體的可操作性對大小錯覺加工的調節效應表現為視覺識別系統（VI）內自相關的增強，SPL內自相關的減弱，以及LOC與SPL之間雙向連接的增強。并且LOC到SPL的連接強度與行為水平上的調節效應具有顯著的正相關，但是在控制條件下以及在右半球均沒有發現類似的結果。

基于統計改正卷積神經網絡的GNSS-R信息融合海面風速反演方法

武漢大學衛星導航定位技術研究中心、人工智能研究院郭文飛、郭遲等人與合作者在人工智能、導航及遙感交叉領域取得新突破。相關成果發表于《環境遙感》（

Remote sensing of Environment

）。研究提出了一種將人工智能、衛星導航與遙感相融合的技術思路，設計了一種基于累計分布函數改正的卷積神經網絡模型。這一模型利用一個端到端的人工智能網絡自適應提取DDM中的有效特征，并融合有效波高等輔助信息得到初步的風速反演結果。研究發揮了深度學習技術的優勢，可以有效融合任何影響海面風速反演的參數，從而建立一個完備且魯棒性強的風速反演模型，反演風速不隨時間漂移。

基于累計分布函數改正的卷積神經網絡模型（圖片來源于武漢大學新聞網）

反演風速的時空性能（圖片來源于武漢大學新聞網）

紋狀體多巴胺D1受體陽性神經元促進小鼠覺醒

上海醫學院黃志力課題組發現背側紋狀體多巴胺D1受體（Dopamine D1 receptor，D1R）陽性神經元參與覺醒的啟動和維持。相關成果發表于《當代生物學》（

Current Biology

）。研究利用光遺傳學、化學遺傳學、光纖鈣信號測定神經元活性和腦電/肌電記錄等方法研究了背側紋狀體D1R神經元調控睡眠覺醒的作用及神經環路。結果發現光遺傳學激活背側紋狀體D1R神經元誘導小鼠從非快眼動 (Non-rapid Eye Movement，NREM) 睡眠到覺醒的快速轉變，而抑制紋狀體D1R神經元活性，顯著減少小鼠覺醒時長。研究結果表明，紋狀體D1R神經元整合上游信號，通過下游核團（蒼白球和黑質）調控小鼠覺醒。

單細胞微納生物探測研究

中國科學院沈陽自動化研究所微納米自動化課題組利用微納操作機器人在單細胞力學特性探測方面取得新成果。相關成果發表于《生物化學與生物物理進展》。細胞力學特性與細胞生理病理變化過程及機體健康狀態密切相關，研究單個細胞的力學特性及其對外源刺激的響應規律對于揭示生命活動內在機制具有重要科學意義。針對單細胞精準藥物激勵和力學特性同步檢測難題，將原子力顯微鏡（AFM）技術和玻璃微針技術結合，提出了可對單個細胞進行超微量藥物遞送及力學特性同步測量的方法。在此基礎上分析了化療藥物分子對單個細胞力學特性的實時影響。研究結果為細胞-藥物之間相互作用的精準定量原位動態分析提供了新思路。

大腦網絡動力學分析研究進展

上海交通大學自然科學研究院和數學科學學院的李松挺課題組利用微擾理論，揭示了大腦皮層中時間尺度層級化現象背后的數學機制和對應的生物學解釋。相關成果發表于《美國國家科學院院刊》（

PNAS

）。在大腦皮層中，不同腦區的神經元對外界輸入的響應時間尺度有著顯著差異，且響應時程大致隨著腦區的層級增加而變長。具體在視覺皮層等感知覺腦區，神經元的反應時間尺度較快，使其能夠快速響應外界的輸入信號；而在前額葉皮層等高級認知腦區，神經元的反應時間尺度較慢，使其能夠在積累充分的信息輸入之后再做出重要決策。研究為大腦皮層中時間尺度層級化現象的產生提供了定量的數學機制解釋，提出可在實驗上被檢驗的若干理論預測。