【腦客中國(guó)·科研】周昌松：大腦的分層模塊化組織-分離，整合及其在個(gè)體認(rèn)知能力中的平衡

2023年8月16日晚20點(diǎn)，香港浸會(huì)大學(xué)物理系教授、系主任周昌松教授作為腦客中國(guó)科研第112位講者為大家?guī)?lái)主題為《大腦的分層模塊化組織：分離，整合及其在個(gè)體認(rèn)知能力中的平衡》的報(bào)告。以下為直播內(nèi)容節(jié)選：

感謝北京師范大學(xué)徐鵬飛老師的邀請(qǐng)，很高興有這樣一個(gè)機(jī)會(huì)加入到咱們腦客中國(guó)。在網(wǎng)上參與直播的老師和同學(xué)， 大家晚上好。

今天我想借這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家分享的是我們最近一些工作，分析大腦結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)里非常突出的多層次模塊化的組織如何支撐我們大腦功能的分離整合，以及在認(rèn)知能力里的平衡。 這個(gè)工作主要是跟一個(gè)非常杰出的年輕老師，西安科技大學(xué)王龍，一起完成的工作。也跟一些心理認(rèn)知的老師合作， 包括前不久腦客中國(guó)里有報(bào)告的余榮軍老師。

在開始給大家分享我們的課題之前，給大家稍微介紹一下我們的總研究課題。

1研究差別

剛才主持人介紹我是以物理學(xué)為背景來(lái)進(jìn)到腦科學(xué)這方面的研究，主要關(guān)注的是復(fù)雜的腦活動(dòng)。 在物理背景的人來(lái)看，腦科學(xué)研究里邊大家都非常感興趣的是神經(jīng)動(dòng)力學(xué)是怎么樣引起認(rèn)知功能和行為的 ？但在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)里面，比較關(guān)注的是外界刺激是怎么樣引起行為上的反應(yīng)。

我們知道在大腦里邊，存在很多種大腦活動(dòng)和狀態(tài)。有一個(gè)估計(jì)說我們大腦里邊正常代謝活動(dòng)有95%實(shí)際上自發(fā)的。這樣一些活動(dòng)，它的功能意義不是特別清晰。 從物理科學(xué)的角度，這些活動(dòng)應(yīng)該是一種我們叫自組織出來(lái)非常復(fù)雜的活動(dòng)。 但很多心理認(rèn)知過程可能更多把它看作是一種隨機(jī)的特征或者噪聲。 所以我們有很大的興趣是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的機(jī)理，還有它在這些功能里邊的意義。

2動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)—大腦

在物理科學(xué)領(lǐng)域里面，我們有種叫做非線性動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的概念。 我們大腦里有個(gè)突出的特點(diǎn)，就是神經(jīng)元作為一個(gè)處理單元，它有很強(qiáng)的叫非線性。 而且我們有近百億個(gè)神經(jīng)元，自由度非常多，這些神經(jīng)元之間的連接以及腦區(qū)之間的連接是非常復(fù)雜的。

從物理科學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的角度，這樣一個(gè)非線性的系統(tǒng)耦合在一起，就會(huì)出現(xiàn)所謂涌現(xiàn)現(xiàn)象，不僅單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)可以非常無(wú)規(guī)則， 回路層次的腦活動(dòng)也非常的復(fù)雜，包括有很多震蕩和波。

3研究方向

這個(gè)是引起我們興趣進(jìn)入到神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域來(lái)的基礎(chǔ)。我們小組這些年就是從這種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的分析和建模來(lái)分析大腦中復(fù)雜的腦連接和活動(dòng)。 我們關(guān)注大腦有很多層次，也關(guān)注局部回路的一些動(dòng)力學(xué)模式怎么樣影響到信息的處理？ 再大一點(diǎn)的尺度，就腦區(qū)之間的腦網(wǎng)絡(luò)，可以跟影像學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，我們這邊也可以有模型。然后在更大尺度，就是人群里面有個(gè)體的一些差異。

我剛才提到我們的核心思想就是這種復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)，它實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)相互作用產(chǎn)生的，它可能可以表征不同的腦的狀態(tài)，然后會(huì)影響到我們信息處理。

在這樣的一個(gè)思想的指引下，我們有所發(fā)現(xiàn)。 比如說局部回路讓我們理解單個(gè)神經(jīng)無(wú)規(guī)則發(fā)放是怎么樣作用到肌群；腦波是如何統(tǒng)一起來(lái)，而且可以在能耗非常少的情況下實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)這么龐大的一個(gè)系統(tǒng)。

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