大脑，作为人体中最复杂、最神秘的器官，一直是科学研究的焦点。近年来，随着神经科学技术的发展，我们对大脑的认识有了长足的进步。
神经元，又称神经细胞，是大脑中信息传递的基本单位。它们通过电信号和化学信号进行通信，形成复杂的网络，处理和储存信息。通过研究神经元的活动模式和连接关系，科学家们逐渐揭开大脑运作的秘密。
2020年度上海市自然科学奖一等奖项目“视觉信息处理与行为发生的神经机制”，正是对大脑这一领域的重要探索。由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杜久林、穆宇、李莹、姚园园、张白冰等研究人员完成的该项目，以斑马鱼为脊椎动物模型，研究了视觉活动从视网膜到大脑的反应与作用过程，揭示了神经调节系统在此过程中的作用机制，并阐明了其结构连接组，为理解大脑工作原理提供了重要的新见解。
人类接收到的信息，80%左右来自视觉。因此，研究视觉系统是大脑研究的重要切入点。斑马鱼是一种理想的研究模型，其基因与人类相似度高达87%，能够很好地模拟人类大脑的某些基本功能。
研究人员发现，视网膜突触传递具有神经活动依赖的长时程可塑性，从而动态调节视觉信号的处理，修正了传统的观点。此外，他们还发现，大脑中免疫细胞——小胶质细胞，会对视觉中枢神经元的视觉信号进行稳态调节，揭示了一种新的视觉信号的调控方式。
亮或暗偏好是动物的本能行为。研究人员发现，大脑左侧缰核通过接受双侧丘脑输入，在亮偏好行为中起枢纽作用，揭示了脊椎动物介导亮偏好行为的神经环路机制。
视觉会影响听觉吗？研究人员发现，视觉信号可以通过激活下丘脑多巴胺神经元，调节听觉通路的信号编码和听觉行为的发生，阐明了视觉跨模态调节听觉功能的神经环路机制。
这些研究成果不仅加深了我们对大脑视觉信息处理和行为发生的神经机制的理解，也为治疗相关神经系统疾病提供了新的思路。例如，根据该研究成果，临床研究人员已经开发出利用特殊光照射方法对抑郁患者进行干预或治疗的方案。
神经科学研究的一个重要挑战是如何从局部脑区迈向全脑解析。目前，神经科学研究主要集中在对局部脑区的有限维度了解，即某个脑区如何产生某个行为，哪些神经元产生哪种行为。然而，人类大脑是一个高度复杂的系统，不同脑区之间存在着广泛的相互联系。
为了解决这一挑战，杜久林和他的团队提出了“既见森林，又见树木，甚或树叶”的研究策略，即从全局的角度出发，研究整个大脑的结构和功能。
斑马鱼的全脑研究具有独特的优势。由于其大脑透明或半透明，研究人员可以利用显微镜观察大脑中所有细胞的活动。通过光学成像，斑马鱼大脑中获得的全脑神经活动的数据流量每一秒钟达到500GB数量级。通过对这些大数据的处理和分析，研究人员可以还原一个复杂系统，分析其结构上的特点，研究其信息的编码、交流机制。
此外，杜久林和他的团队还突破了一个技术难关，实现了全脑神经细胞活动的大数据实时处理。并基于此技术，实现了大数据流的光学脑机接口；结合人工神经网络等技术，实现了大脑神经网络和人工神经网络的交互。这将推动人工智能在神经科学研究中的应用，同时也会促进神经科学研究对人工智能发展的作用。
大脑是人类思维、意识和行为的载体。通过不断地探索和解析大脑的奥秘，我们不仅可以了解自己，也可以开发出新的治疗方法来应对各种神经系统疾病。
原创文章，作者：讯知在线，如若转载，请注明出处：http://bbs.xzxci.cn/2024/12/14/35082.shtml
