脑科学中10种令人振奋的科幻进步

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大多数人不会每天考虑神经科学。神经科学家的工作通常是晦涩乏味的研究,会逐渐提高我们对大脑和神经系统的了解。

然而,偶尔,他们的实验会产生一些发现,而这些发现只会出现在科幻小说中。这是一些更令人惊讶的。

10创建人工记忆

是否可以人为地创建与真实记忆几乎没有区别的完全伪造的记忆?是的,如果您是加州大学欧文分校的研究员之一。

在对大鼠的研究中,这些研究人员设法将新的,有针对性的记忆引入了啮齿动物的大脑。他们演奏了一种特定的音调,希望老鼠做出反应,同时释放乙酰胆碱-一种负责形成新记忆的化学物质。

结果?实验后第二天进行测试时,大鼠对特定的语气产生了预期的反应。这些新记忆与自然产生的记忆具有“相同的特征”。此外,从长远来看,人工记忆得以保留,这证明可以在实验室条件下永久地塑造记忆。

研究人员希望这些发现为通过使用类似的加速技术引入新的记忆来帮助有记忆力和学习障碍的人铺平道路。我们距离将来的需求还差一些,我们可以按需获取新知识,例如《黑客帝国》中的主人公,但总可以梦想着。

哦,说到梦想。。。

9操纵梦想

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如果我们对梦有一件事,那就是梦对于每个人都是独一无二的。它们是您最近的经历,情感和想法的产物。您不能简单地使某人梦想任何您想要的东西。

可以吗

麻省理工学院的科学家做到了这一点。他们首先训练老鼠跑迷宫。为老鼠提供了两种截然不同的音频提示,以帮助它们在迷宫中寻找食物。一种声音会告诉老鼠,零食在他们的左边。另一种语气告诉他们向右转。老鼠喜欢吃零食,所以很快他们就了解了两种不同的音调的含义,并在迷宫中导航时做出了相应的反应。然后研究人员记录了老鼠对两种不同音调作出反应时脑电波的特定变化。

最后,是时候打破老鼠的梦想了。当老鼠睡觉时,他们的大脑活动受到监视,以确定是的,他们梦见要穿越迷宫。那时,研究人员试图通过演奏两种不同的音调来影响梦境。

奇怪的是,大脑扫描显示,老鼠在做梦时,对声音提示的反应与清醒时完全相同。该实验证明,梦境可以由外部触发因素直接塑造。研究人员甚至推测,有一天人们可以通过这种“梦想工程”来定制梦想。

8记录梦

如果您想记录自己的梦想,以便以后可以像看电影一样观看它们,该怎么办?事实证明,最终这很有可能。日本京都的研究人员进行的一项研究表明,脑部扫描可用于实时代表人们的梦想。

研究的第一阶段是让人们在MRI扫描仪中睡觉,同时记录他们的大脑活动。然后,他们被唤醒并接受梦中采访的采访。对于三个研究参与者中的每个参与者,此操作大约进行了200次。

在第二阶段,研究人员隔离了20个最常见的物体,并找到了代表这些物体的照片。他们向参与者展示了这些物体,同时测量了他们的大脑对他们的反应以建立相关性。之后,研究人员将照片和相应的MRI扫描送入学习算法中

最后,三位参与者被邀请再次在MRI扫描仪内睡觉。同时,智能算法根据睡眠者的大脑活动生成图像字符串。然后,对象被唤醒并询问他们的梦想。最后,该算法能够以约60%的准确度匹配梦想。

尽管远非完美,但这是迈向真正记录梦想的第一步。我们已经知道,可以制作代表我们大脑活动的粗略但令人惊讶的高级电影。根据这项日本梦研究,我们对梦想做同样的事情只是时间问题。

7脑细胞移植

可以使用脑移植来增强脑功能吗?为了回答这个问题,罗切斯特大学医学中心的科学家创造了人类嵌合小鼠。听起来不祥,但这仅意味着向这些小鼠提供了人类星形胶质细胞-一种特殊的脑细胞。在它们仍处于发育阶段的同时,给小鼠注射了100,000个这些星形胶质细胞。

值得注意的是,当小鼠六个月大时,这些人类细胞已基本上完全替代了等效的小鼠脑细胞。然后,研究人员对小鼠进行了许多测试,旨在评估它们的记忆力和学习能力。这些“聪明”的小鼠在广泛的测试中表现出比对照组明显更好的表现,并且通常被证明可以更快地学习。

神经科学家布鲁斯·兰瑟姆(Bruce Ransom)承认了这项研究的重要性,并说:“这是令人震惊的结果。它提供了第一个明确的证据,即星形胶质细胞很可能已经成为人类能力的进化驱动力之一。” 奇怪的是,那句话引人注目的是没有对繁殖超级智能啮齿动物的危险发表评论。

6加强警惕

我们所有人都处于需要长期关注的情况下-想想期末考试,提交纳税申报表和指环王马拉松比赛。我们所有人都可以证明自己最终会变得疲倦并失去注意力的能力。如果有一种方法可以使我们在这些类型的活动中更加警觉呢?

有的,而它所需要的就是用受控的电流来刺激大脑。一项研究对参与者进行了许多警觉性测试。一些参与者以“前额经颅直流电刺激”(tDCS)的形式接受了非侵入性脑刺激。其他人接受了假治疗。最后,接受tDCS的人们更加集中并在更长的时间内保持了警觉水平。

研究证明,有针对性的刺激可以有效地利用,以更好地利用大脑经常未开发的资源。人们可以变得更加警惕。研究人员认为,这种方法适合于平衡需要长期持续关注的工人的绩效下降。

5让我们更好的骗子

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并非所有的tDCS都可以使用。无创性脑刺激的某些应用可以针对较少道德的追求:帮助我们更令人信服地说谎。

一项研究指示44名志愿者扮演小偷的角色扮演。参与者不得不假装偷钱,然后就自己的不当行为受到讯问。通过“犯罪知识测试”(测谎测试的一种变体)进行了这种询问。

通过使用tDCS抑制前额叶前皮层(负责欺骗的大脑部分)的功能,科学家能够触发测试对象的说谎能力显着提高。受到脑部刺激的人会更容易提出谎言,但如实回答则不会更快。也许更有趣的是,与对照组相比,这些参与者对撒谎的罪恶感也有所减轻。

这表明,如果需要的话,可能可以提高某人随意说谎的能力。想想可以从这种提高的说谎能力中受益的许多专业人士:间谍,秘密警察,被俘的士兵和竞选政客。

4助脑音乐

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众所周知,音乐对我们的情绪和对世界的感知具有可测量的作用。您可能会很容易回忆起一段特别悲伤的歌曲使您忧郁的时期,或者相反,一段令人愉悦的曲目让您想要微笑和跳舞。

事实证明,不仅仅是有益于我们的情感,我们还可以从良好的音乐中受益。听特定的乐谱也会影响我们的认知能力。英国诺森比亚大学(Northumbria University)进行的研究使人们进行了一项测试,该测试可以测量精神集中度。参与者必须注意要在计算机屏幕上弹出一个绿色方框,并按空格键,同时忽略其他颜色和形状。

一些参与者默默地这样做了。其他人则听了维瓦尔第(Vivaldi)的《四个季节》音乐会的不同乐章。更为乐观的“春季”协奏曲产生了393.8毫秒的最佳平均响应时间。缓慢的“秋天”使人们的反应时间增加到413.3毫秒,而完全不听音乐的人的反应时间为408.1毫秒。

另一项研究表明,音乐可以帮助人们回忆起“后天性脑损伤”后的自传记忆。因此,精心挑选的音乐似乎可以在提高人们的认知能力,注意力和记忆力方面发挥关键作用。

3人工脑

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到目前为止,科学已经发展到足以替代人体大部分部位的方法。我们有假肢的手臂,假肢的腿,并且似乎正处于假肢眼睛运转的边缘。但是,大脑比肢体复杂得多。制作大脑假体远非一项简单的任务,而且距完成功能齐全的大脑替代品还有很长的路要走。尽管如此,我们在这方面正迈出重要的一步,一种所谓的“神经假体”已被证明能够在颅脑外伤后恢复大脑功能。

在概念验证研究中,科学家切断了大鼠大脑区域之间的交流,模拟了脑外伤。该研究的16只大鼠的前肢几乎失去了所有功能。有些人未经治疗。其他人则得到了一种随机刺激大脑不同部位的装置。第三组大鼠装有神经假体,该假体在大脑的两个非连接区域之间建立了桥梁。

结果令人信服。两周后,神经假体小组恢复了大脑功能,以至于“他们的运动与脑损伤之前的行为没有区别”。植入的脑机脑接口基本上允许大脑的两个断开区域再次正确地相互通信。研究人员希望这项研究能够产生类似的假体,以治疗人类的脑损伤和中风创伤。这些类型的伤害加在一起(仅在美国)就影响将近300万人。

2入侵大脑以访问敏感数据

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众所周知,我们的数字设备容易受到黑客攻击。精通技术的人员可以相对轻松地访问您的信用卡信息和PIN码,尤其是如果您的大多数密码实际上都是“密码”时。保持敏感数据私密的最佳方法是将其安全地存储在您的大脑,这是无法破解的堡垒。这样,没有人可能会获得信息,对吗?

不完全是。在2012年USENIX安全会议上,研究人员展示了如何使用简单的现成设备使信息提取变得更容易。为了进行演示,他们使用了相对便宜,易于使用的脑机接口(BCI)和他们自己的阅读程序。对参与者进行了分析,而没有明确告知他们的大脑将在此过程中“被黑”。

通过读取受试者大脑产生的脑电图(EEG)信号,研究人员能够证明,通过消费级BCI设备可以显着简化对私人信息(PIN码,信用卡数据等)的访问。使用BCI时,虽然不能使此类信息完全透明,但“与随机猜测攻击相比,私人信息的熵平均降低了大约15%到40%”。

1个精神控制

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与上述研究一样令人好奇的是,它们可能没有一个比心理控制更接近科幻小说的境界了。心理控制是许多电影和书籍中探讨最多的“假设”之一。尽管真正的精神控制尚不完全清楚,但最近的一些研究已经产生了一些非常出色的结果。

在哈佛医学院的一项研究中,人类仅凭思想就能够直接控制老鼠尾巴的运动。人类受试者装有BCI设备,可将其思想转换为计算机命令。反过来,为大鼠配备了计算机到大脑的界面,该界面使用聚焦超声来刺激大脑。

结果,人类与老鼠之间的脑脑连接打开了,从而使人类可以随意控制老鼠的尾巴。这项研究在六位不同的人类和六只不同的老鼠身上获得了惊人的94%的成功率。值得注意的是,已建立的脑脑连接完全是非侵入性的,不需要复杂的手术程序。

如果您认为这令人印象深刻,请等我们告诉您华盛顿大学的最新研究。这项研究使用了相似的脑对脑交流方式,但有一个明显的区别:两个受试者都是人类

两名研究人员分别位于大学校园的不同地方。一个人戴着一顶帽子,将他的思想转换成电信号,而他的同事戴着一顶帽子,使他的大脑接收电磁信号。第一位研究员必须玩电脑游戏,让他向不同的目标射击一门大炮。抓住?他必须这样做而不必动手。取而代之的是,他不得不想象在脑海中发射大炮,从而使他的同事在正确的时间进行实际的按键操作。

这项研究是成功的。尽管研究人员迅速强调说,该实验在其设置中是非常基础的,但他们认为这是朝着更加精细的应用迈出的第一步。几年下来,我们可能会看到这种直接的思想控制有许多社会用途。这些可能包括从让残疾人更好地沟通到远程帮助某人着陆飞机的一切。

目前,这只是猜测。但是可以肯定的:神经科学是一个越来越令人兴奋的研究领域,它肯定会为我们提供更多的未来发展。

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