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认知科学

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线粒体解码神经元活动研究

北京大学分子医学研究所程和平团队与国内外科学家合作,研究了脑神经元线粒体与胞质之间钙瞬变的概率性耦合,以及其耦合度如何受大腦信息加工活动的调节。相关论文发表于Nature Communications。在小鼠静息状态下,耦合度仅为3%~5%;而在小鼠跑步或接受视觉刺激时,不仅初级运动皮层或视觉皮层神经元活动增加,同时耦合度也显著上升至约25%,使得线粒体钙活动大大加强。耦合度与胞质钙瞬变振幅、时程和耦合事件前数秒内的发放频率密切相关,钙依赖性蛋白激酶CaMKII是耦合度调节的关键因子。论文揭示了线粒体如何解码神经元活动模态,从而精准调控脑动态能量代谢的新现象和新机制。

非人灵长类大脑衰老潜在机制研究

中国科学院昆明动物研究所吴东东研究员等利用来自4个青年猕猴、3个老年猕猴44个脑区的547个转录组数据,研究探索了非人灵长类动物大脑老化的潜在分子遗传机制。研究论文发表于Genome Biology。大脑衰老是一个复杂的过程,它依赖于多个脑区的精确调控,而以往的研究通常集中于少数脑区。随着年龄的增长,皮质内脑区之间的表达连接性以及皮质内左右脑半球之间的表达连接性都发生了明显的下降。研究人员发现了9个在老年猴中表现出连接性增强的模块,并解析出一个网络关键驱动基因PGLS,在老年猴中表达上调,可能对大脑衰老有重要作用。

一种新的细粒度学习框架

厦门大学信息学院纪荣嵘教授团队提出了一种基于强化学习的细粒度学习策略FG-A1C,通过分析视觉问答任务中的样本多样性及标签的冗余性问题来针对性地挑选训练样本以提高模型的训练效率及减少标记支出。研究论文发表于IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence。FG-A1C使用一个强化学习代理来自适应地评估模型训练状态、选择对应的训练样本类型,并使用基于主动学习或课程表学习的采样策略对该类型下的样本进行评估,以选择对模型训练帮助最为有效的训练样本。该算法在多个视觉问答数据集上获得优秀的训练效果,能够显著地降低模型训练成本以及标签成本。

长期记忆的动态维持机制

清华大学生命科学学院钟毅课题组揭示了Rac1活性依赖的遗忘的可逆性是长期记忆动态维持的基础。该成果发表于Nature Communications。小鼠研究表明,情境恐惧记忆即使在形成很久之后,也能够被进一步增强。一次足底电刺激的情境恐惧训练同时诱发海马脑区的Rac1的持续激活和α2-chimaerin蛋白的长期合成。Rac1的持续激活介导了可逆性遗忘。而α2-chimaerin作为记忆维持分子,通过在维持阶段抑制Rac1活性,进而维持记忆在中间水平。通过调控背侧海马脑区的Rac1活性或改变α2-chimaerin的表达,中间水平的记忆能够被增强或者减弱。

精神分裂症患者元认知损伤的神经机制

北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室万小红课题组和首都医科大学附属安定医院贾竑晓课题组合作,阐释了精神分裂症患者元认知损伤的神经机制,并从元认知网络和默认网络间功能联结的角度揭示了网络间的平衡与精神分裂症患者临床症状的关系。研究论文发表于Human Brain Mapping。众多临床行为研究表明精神分裂症患者存在自我认知的缺陷,不能很好地监控自己的内部状态。这种损伤和患者的临床症状紧密相关,且可以预测患者半年甚至一年之后的临床恢复状况以及社会功能。因而元认知损伤是精神分裂症认知损伤的重要表现。

多智能体协作研究进展

北京大学工学院谢广明教授与合作者在多智能体系统的编队控制研究方面取得进展。相关成果发表于IEEE Transactions on Automatic Control。针对二阶动态描述个体的系统,提出一种基于极限环设计的控制协议,来实现平面上的任意编队。该控制协议的优点之一是能够在个体的局部坐标系下应用,因此个体只需要知道局部信息,而不需要全局信息和全局坐标系;优点之二是它保证了在形成期望编队的过程中,个体之间不会发生碰撞。基于此,在团队自主研发的多仿生机器鱼系统和多四旋翼无人机系统上分别进行了编队实验,验证了所提出的编队控制协议在实际系统中的可行性和有效性。

基于深度学习的航拍图像目标检测研究进展

中国科学院沈阳自动化研究所光电信息技术研究人员提出了去除航拍图像检测结果中误检目标的方法,并针对航拍图像特性设计了相应的检测网络。研究成果发表于Sensors。该研究从去除检测结果中误检目标的角度出发,提出Dual-NMS算法,通过统计各个检出目标周围生成检测框的密度和相应的分类置信度,实现自主地去除检测结果中的误检目标,提高了检测结果精度。进一步将误检目标的判断结果作为网络训练的约束项,从根本上加强了检测网络提取待检测目标抽象特征的能力。此外,该研究还将目标间的相关性引入检测网络,增强了该方法对目标的检出能力。

揭示视觉注意的无意识操纵可影响个体风险选择

中国科学院行为科学重点实验室李纾研究组的饶俪琳青年特聘研究员等人为探究视觉注意与风险决策之间是否存在因果关系,使用眼动技术,采用不为被试所觉察的基于注视的操纵方式,以考察视觉注意对风险决策的影响。研究成果发表于Cognition。实验1中,研究者基于选项进行视觉注意的眼动操纵。实验2中,研究者基于选项维度进行视觉注意的眼动操纵。实验3验证了视觉注意操纵的有效性和稳定性。研究结果为风险决策的理论发展指明新方向,未来理论应考虑能够同时解释基于选项和基于维度的视觉注意的动态模型。此外,该研究结果还启示人们通过监测个体的注意分配,可以辅助个体更好地进行决策。

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