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以色列特拉维夫大学:芯片上搭建神经元电路 脑神经网工作原理有望破解
来源:科技日报 | 作者:常丽君 | 2011/7/14 9:09:45 | 浏览:1429 | 评论:0

  研究人脑神经网络的通讯和协调运作,是现代神经科学领域最大的挑战之一。据美国物理学家组织网7月13日(北京时间)报道,最近,以色列特拉维夫大学电力工程学院开发出一种新型芯片实验室平台,利用先进材料和组织工程技术将神经元和电子学结合起来,研究脑神经网络的工作原理。研究论文发表在最新一期《科学公共图书馆·综合》上。

  以色列特拉维夫大学电力工程学院博士生马克·史恩说,计算机的逻辑运算建立在人类逻辑的基础上,但计算机的信息处理过程能分解成单个逻辑步骤,而人脑的信息处理过程却不可以。人脑由大量的电路互相连接而成,脑电路工作就像在编码,我们可以通过简化脑神经网络,控制细胞之间的连接,来研究人脑逻辑。

  研究人员利用电极和活的神经细胞连接成一种特殊结构,让其在培养皿中生成各种大小不同的神经网络和网络群,并通过一种芯片实验室技术,在芯片上激活神经元电路,观察神经网络在不同化学信号和外部条件下的反应。

  通过施加外部刺激,如一道亮光,研究人员能监控视觉神经元的反应。“我们认为这一过程采取了编码策略。”史恩说,相对简单的神经“点亮”方式能被耳朵、眼睛等感官接受,但对更复杂的过程,如“思想”过程或不同的感受器官同时输入、输出,基本还是个黑箱。

  研究单个神经元的活动还难以理解整个神经网络的功能,史恩和导师约尔·汉恩教授、物理与天文学院的埃希尔·本-雅可布教授进一步对更大的神经网络电路进行了观察,以寻找大脑信息编码的基本元素。他们利用纳米技术系统工具,同时探测多个神经元的活动方式,特别探测了在大量神经会合的节点处多个神经群之间的沟通联系。

  他们在观察这些神经群的时候发现,这些神经群的反应是只凭单个神经元无法预测的,这表示神经网络有一个等级结构,大网络由更小的次级网络构成。研究人员解释说,一个神经群要能支持神经网络的活动,并与其他群互相通讯,这最少需要40个神经元,才能完成其在功能网络中的各种任务。

  研究人员还表示,他们开发的工具也可以用来测试新药,或作为一种先进的人工智能,并帮助连接大脑和人造义肢。

总编辑圈点

  自有机械以来就对“精密”孜孜以求的我们,有时会忘了最贴合这二字之物恰就在人体内部。哪怕借助了超摩尔定律速度发展的计算机,我们在针对脑神经一番试验之后,依旧只能徒然发现,从点到面、从局部延至整体的传统科研思维,在大脑面前完全失效。这个“黑箱”真正是鬼斧神工之作,现有的科技探索手段在其面前仍露稚嫩。因此就进程来看,以色列科学家的发掘之路怕还要走上一段时间。但是帮助残疾人连接大脑和义肢,却要早做期待。因为保障人们去操控人体这部机器的权利,意义要胜于揭秘这部机器。

怎么找代替为什么:互联网改变人类记忆方式(荆晶)

以色列特拉维夫大学:芯片上搭建神经元电路 脑神经网工作原理有望破解

美国研究人员说,电脑和互联网正在改变人的记忆方式。实验表明,受试者面对困难问题时会首先想到求助电脑。当他们知道能通过电脑找到答案时,会更多思考怎么找,而不是思考问题本身。

交互记忆

美国哈佛大学的丹尼尔·韦格纳曾发现,结婚时间长的夫妇会依赖对方做自己的“记忆库”,想不起问题答案时,会向对方求助。他把这称为“交互记忆”。

美国哥伦比亚大学心理学助理教授贝齐·斯帕罗说,交互记忆是“外部记忆库”,就如同人们遇到不明白的问题会向专业人士请教一样,“我认为互联网也成为交互记忆的一种途径,所以想通过实验观察是否的确如此”。

于是,她和韦格纳一起组织实验,找来志愿者,给他们做改良版的“斯特鲁普测试”。

“斯特鲁普测试”是让受试者读出以多种颜色书写的表示颜色的单词,比如读出用蓝色书写的“绿色”一词,以此测试干扰因素对反应时间的影响。

研究证实

为确定受试者遇到困难问题时是否会首先想到“求助”电脑,研究人员先给他们提出问题,趁思考时让他们读一些词汇。

研究人员发现,受试者听完问题后,对“谷歌”、“雅虎”等词汇的反应快于对“耐克”等与互联网无关词汇的反应。这表明当他们不知道答案时,会想通过电脑得到答案。

接下来,研究人员让受试者在电脑中输入一些信息。他们告诉一半受试者,过一会儿可以在电脑文件夹里找到这些信息,同时告诉另一半受试者,这些信息将会被删除。接着,研究人员让受试者记住这些信息。

研究人员发现,那些以为信息会遭删除的受试者记得更牢,以为信息会存储在电脑中的受试者对储存信息的文件夹名记得更清楚。

无损记忆

“这表明,对于能从网上找到的信息,人们的记忆会让它留在网上,让外界帮忙存储,”英国广播公司(BBC)7月16日引述斯帕罗的话报道。

她说,受试者不是记住信息本身,而是更倾向于记住信息的存储地,这表明人们不是记忆力变差,而是以更好方式组织大量可用信息。

“我不认为‘谷歌’让人记性变差,我们只是改变记忆的方式,”斯帕罗说,“现在,人们即使外出散步也能上网查阅信息,因此,人们只需要记住去哪儿查就行,就好像知道什么样的问题要请教什么专家一样。”
此研究报告由最新一期《科学》杂志发表。

相关报道:互联网搜索改变人类记忆方式 网上信息易被遗忘 (刘霞)
 
美国科学家在7月15日出版的《科学》杂志上报告称,相关研究表明,谷歌等搜索引擎的出现改变了我们学习和记忆信息的方式。在一个遍及搜索引擎的新世界中,更好地理解记忆的工作原理有望改变各个领域的教学和学习方式。

哥伦比亚大学的心理学家贝齐·斯帕罗和同事进行了一系列实验后得出结论说,人们会忘记自己能在网上找到的信息,而记住自己认为无法在网上找到的信息。研究也发现,人们更容易记住在互联网的何处能找到这些信息,而不是记住信息内容本身。

斯帕罗说:“自从搜索引擎问世后,人们就开始调整自己记忆信息的方式。我们的大脑依靠互联网来记忆,就像依赖朋友、家人或同事来记忆信息一样。现在,我们几乎很少通过记住信息本身来记忆,而是更多地通过记住在何处找到这些信息来记忆。”

斯帕罗团队的研究是首个研究搜索引擎对人类记忆影响的研究。互联网已成为心理学家称之为“交互式记忆”的基本形式,在交互记忆中,记忆能力外在于我们自身,但我们知道何时以及如何调用这种记忆能力。

研究人员进行了四组实验得出了这些研究结论。

在第一组实验中,研究人员向实验对象提出了一些判断对错的问题,然后向他们展示蓝色或红色词汇。当实验对象看到与搜索引擎有关的词汇(比如“谷歌”和“雅虎”)时,他们的反应时间就比较长,这表明,他们在考虑通过互联网搜索的方式来获得答案。

在第二个实验中,研究人员让实验对象阅读一些陈述性的句子,随后告诉其中一些人有些信息会被保存下来,同时告诉另外的人这些信息会被删除。认为自己能够获得这些数据的实验对象没有完全记住这些信息,他们的记忆能力表现也比那些认为信息已被删除的实验对象差。

在第三个实验中,研究人员向实验对象提出了一系列琐碎的问题,允许他们记笔记。有些人被告知信息将存储在电脑文件夹里,还有些人则被告知信息将会删除,前者记住这些信息比后者费劲得多。

在最后一项实验中,研究人员告诉实验对象,同样的信息将存放在名为“事实”“数据”和“名称”的文件夹里。研究人员发现,他们记得比较清楚的是文件名,而不是信息本身。

更深层次的分析表明,当人们能够记住信息时,他们不会记住在何处能找到某些信息;而当人们无法记住信息本身时,才会倾向于记住在何处能找到这些信息。

斯帕罗最后指出:“我并不认为谷歌正在使我们变笨,它只是改变了我们的记忆方式。”

华盛顿大学心理学家罗迪·勒迪格说,这些结果表明“从某种意义上讲,由于有了谷歌和其他搜索引擎,我们可以把一些记忆任务交给机器来完成”。

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