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大脑植入电极恢复动物基本视力,未来或可造福盲人
荷兰神经科学研究所的一项最新研究表明,通过在大脑视觉皮层中植入新开发的高分辨率电极,可以使受试猴子大脑中出现人工植入的视觉形状和知觉。研究团队将1024个电极植入到猴子大脑的视觉皮层中,使得猴子能够辨别出字母、线条和移动的小点等形状。 研究小组表示通过使用全新分辨率的植入物和植入技术、尖端材料工程、微芯片制造和微电子技术,开发出比以前的植入物更加稳定和耐用的设备,且在视觉皮层中植入的电极数量,以及可以生成高分辨率人工图像的像素数量都是前所未有的 正常的视觉由眼睛观察和视觉神经传递信号到视觉皮层产生,植入电极产生视觉绕过了通过眼睛或视神经进行视觉处理的前一阶段,未来也许可以用无线传输方式将视觉信号传递给视觉皮层。研究人员表示这种技术将来可以用于恢复视网膜、眼球或视神经损伤或退化,但其视觉皮层仍然完好的盲人的低视力。
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关于颜色的设想:大脑中的活动模式对于你看到的颜色来说是特定的
描述颜色之间关系的几何学,以及支持色觉的神经机制,目前尚未盖棺定论。这项研究使用脑磁图技术对大脑活动进行测量,并对测量结果进行多变量分析,对表达色彩空间的神经的几何结构进行逆向工程。这些分析取决于确定对不同颜色的神经反应的空间模式之间的相似关系,并评估这些关系如何随时间变化。我们将结果与颜色命名中的通用模式相关联,以此来评估该方法。通过解码结果,可以解释两种显着的颜色命名模式:与通过色相和明暗度的交互作用表现出的冷色相比,对暖色进行命名的精度更高,且在红色系中更为明显。额外的实验表明,对颜色词汇的响应进行训练的分类器可以从使用有色刺激获得的数据中解码颜色,但只能在刺激发生后较长的延迟内进行。这些结果佐证了,知觉表示可以产生语义表示,但反之则不成立。综上所述,该研究结果揭示了一种动态几何结构,该几何结构为颜色外观提供了神经相关性,并提出了有关颜色空间结构的新假设。
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Skoltech团队研究出EEG信号溯源的简化方案
如果想要对大脑内的神经活动进行研究却又不想使用有创的方式,那么核磁扫描(MRI)将是很多研究人员会首选的一种方式。然而,遗憾的是,MRI虽然有着超高的空间分辨率但其成像过程却非常缓慢。神经元的放电活动往往极其迅速而短暂,因此,MRI在脑功能的实时研究方面具有明显的劣势。而不同于MRI,脑磁图(MEG)的空间和时间分辨率都很高,但运行成本却不便宜。这使得相对廉价又具有极高时间分辨率的EEG脱颖而出。然而,EEG也存在着一定的弊病。在使用EEG设备接收脑电信号时,由于一小块区域的神经元活动就会造成头皮外出现大面积的电信号,因此,研究人员需要耗费大量的时间对其信号来源进行分析。这一长期困扰着科研人员的问题在使用Skoltech大学所研发出的新算法后就能轻松的得到解决。该算法将繁复的溯源计算简化成了柯西问题,能帮助研究人员对EEG数据进行快速而精准的分析。
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首款“即插即用”的BCI系统
脑机接口(BCI)设备是瘫痪患者重要的辅助工具,能帮助他们通过意念控制鼠标和机械臂。但目前所广泛采用的插入式电极设备容易因时间的推移而出现信号改变的情况,需要使用者反复进行校准,十分繁琐。为了解决这一弊端,该团队研发出了一种基于大脑皮层电扫描技术(ECoG)的可植入设备,如便条纸般大小,只需固定在大脑皮层上即可使用。虽然这种设备所接收到的信号没有插入式电极精准,但却更为稳定。加上一同开发的可自行与脑电不断进行匹配更新的算法,就能在初校后实现 “即插即用”的效果,长时间不进行校准也不会影响使用,大大提高了BCI设备的便利性。
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环境光线和头部运动影响视觉感知
感受机体平衡状况的前庭系统会将头部的运动信息传递到视觉皮层,以帮助我们辨别视野变化是否是由自身运动所造成的。这种信息传递与对视觉皮层的影响作用被证实会受环境光线所左右。当我们处于光亮中时,头部运动信号会加强V1视觉皮层的活跃性,而在黑暗环境中时,头部运动信号反而会抑制V1区域的活跃性。除这一发现外,该团队还找到了一种简称为SOM的神经元,通过整合前庭信号与光信号对此机制进行调控。这项研究揭露了环境因素具体是如何对视觉感知造成影响的。