從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課件

從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)韓芳東華大學(xué)信息學(xué)院2013.9從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)韓芳主要內(nèi)容1.“人類(lèi)腦計(jì)劃”介紹2.計(jì)算神經(jīng)科學(xué)概述主要內(nèi)容1.“人類(lèi)腦計(jì)劃”介紹2.計(jì)算神經(jīng)科學(xué)概述Part1.

人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

Part1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

問(wèn)題的提出

生命是什么？靈魂在那里？

大腦如何思維？揭示大腦奧秘是人類(lèi)面臨的最大挑戰(zhàn).腦科學(xué)是21世紀(jì)最具有原創(chuàng)性的科學(xué)！1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

生命是什么？1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人與其它物種之區(qū)別

人類(lèi)有極其復(fù)雜的大腦，它是千百萬(wàn)年進(jìn)化的結(jié)晶。在過(guò)去六億年中，生物的進(jìn)化產(chǎn)生了由大量神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)而形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，解決了在不斷變化的復(fù)雜環(huán)境中，人腦如何處理各種復(fù)雜信息的問(wèn)題。人的高級(jí)認(rèn)知功能的高度發(fā)展，使得人類(lèi)成為萬(wàn)物之首，具備了主宰世界的能力。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹人類(lèi)有極其復(fù)雜的大腦，它是千1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人腦是精巧而完善的智能信息處理系統(tǒng)

研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)成人大腦內(nèi)有上千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（10的11次方），還有超過(guò)10的14次方個(gè)神經(jīng)突觸。

腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的組織，是接受外界信號(hào)、產(chǎn)生感覺(jué)、形成意識(shí)、進(jìn)行邏輯思維、發(fā)出指令、產(chǎn)生行為的指揮部。

掌管著人類(lèi)每天的語(yǔ)言、思維、感覺(jué)、情緒、運(yùn)動(dòng)等高級(jí)活動(dòng)。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)成人大腦內(nèi)有上千億個(gè)神1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦科學(xué)的研究熱潮正遍布全球

人腦的結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，需要從分子、細(xì)胞、系統(tǒng)、全腦和行為等不同層次進(jìn)行研究和整合，內(nèi)容極其豐富。世界各國(guó)投入了大量的人力和財(cái)力進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究：美國(guó)：1989年，美國(guó)在全世界率先推出了全國(guó)性的腦科學(xué)計(jì)劃，并把20世紀(jì)的最后十年命名為“腦的十年”。這一舉動(dòng)立刻得到了國(guó)際腦研究組織和許多國(guó)際學(xué)術(shù)組織的響應(yīng)。美國(guó)提出“腦的十年”計(jì)劃重點(diǎn)是保護(hù)腦，防治腦疾病。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹人腦的結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，需要1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦科學(xué)的研究熱潮正遍布全球

歐洲：1991年歐共體制定了“EC腦十年計(jì)劃”；日本：1995年日本學(xué)術(shù)會(huì)議設(shè)立“腦科學(xué)和意識(shí)問(wèn)題”特別委員會(huì)。1996年日本科學(xué)技術(shù)廳在總結(jié)它和通產(chǎn)省等1986年所提出“人類(lèi)前沿科學(xué)計(jì)劃”十年實(shí)踐結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了“腦科學(xué)時(shí)代——腦科學(xué)研究推進(jìn)計(jì)劃”，正式提出了“了解腦、保護(hù)腦、創(chuàng)造腦”的口號(hào)，并指出“了解腦也就是了解人類(lèi)本身”。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人們相信腦科學(xué)的研究成果將為人類(lèi)更好地：

了解自己、

保護(hù)自己、防治腦疾病、

開(kāi)發(fā)大腦潛能等方面做出重要的貢獻(xiàn)。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

“認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、創(chuàng)造腦”三大目標(biāo)人們相信腦科學(xué)的研究成果將為人類(lèi)更好地：1.人類(lèi)腦計(jì)

1）以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)（解剖、生理、病理、生化、免疫、電生理、心理）等，已經(jīng)獲得了大量有關(guān)動(dòng)物腦和人腦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究結(jié)果。

2）近年來(lái)分子神經(jīng)生物學(xué)研究從基因水平來(lái)揭示人腦的奧秘，先進(jìn)的基因芯片技術(shù)在每秒鐘就可以得到大量微觀水平上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3）腦功能成像（fMRI、PET、ERP等）使我們能從活體和整體水平來(lái)研究腦，可以在無(wú)創(chuàng)傷條件下了解到人的思維、行為活動(dòng)時(shí)腦的功能活動(dòng)。這些新方法、新技術(shù)極大地增強(qiáng)了宏觀水平上的腦研究能力，同時(shí)也產(chǎn)生了海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦的研究正在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)

1）以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)（解剖、生理、

1）神經(jīng)科學(xué)家面臨的重要問(wèn)題之一，就是能否靈活有效地管理數(shù)據(jù)，最大限度地利用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。建立“全球神經(jīng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)”和“神經(jīng)信息電子網(wǎng)絡(luò)”，已經(jīng)迫在眉睫。

2）應(yīng)加強(qiáng)神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)的合作和相互滲透，建立新的研究模式，即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)→數(shù)學(xué)理論→計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)測(cè)→生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→數(shù)學(xué)模型與驗(yàn)證后的理論，力求達(dá)到事半功倍，加快腦的研究進(jìn)程。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

海量的數(shù)據(jù)呼喚新的學(xué)科-神經(jīng)信息科學(xué)

1）神經(jīng)科學(xué)家面臨的重要問(wèn)題之一，就是能否靈活有

神經(jīng)信息學(xué)指神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相互結(jié)合的研究領(lǐng)域。它是人類(lèi)腦計(jì)劃的核心內(nèi)容。

目標(biāo)：利用信息技術(shù)，建立神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1）以便能對(duì)不同層次的有關(guān)腦的研究數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢索、比較、分析、整合、建模和仿真，繪制出腦功能、腦結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖譜；

2）能從基因到行為各個(gè)水平加深人類(lèi)對(duì)大腦的理解，達(dá)到“認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦”的目的。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人類(lèi)腦計(jì)劃的核心——

神經(jīng)信息學(xué)

神經(jīng)信息學(xué)指神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相互結(jié)合的研究領(lǐng)域

全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的概念最初由美國(guó)提出，1999年在美國(guó)與歐共體合作的基礎(chǔ)上形成USA-EC神經(jīng)信息學(xué)雙邊合作組織。美國(guó)神經(jīng)信息學(xué)的國(guó)內(nèi)分支機(jī)構(gòu)是美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院（NIH）神經(jīng)信息學(xué)辦公室。該國(guó)對(duì)人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的專(zhuān)項(xiàng)資助（PhaseI和PhaseII研究基金）目前已近1億美金，資助方向是神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相結(jié)合的研究?jī)?nèi)容。美國(guó)人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的研究集中在嗅覺(jué)神經(jīng)信息學(xué)（YaleUniversity）、人腦圖譜（UCLA）和認(rèn)知神經(jīng)信息學(xué)（DartmouthCollege）三個(gè)方面。美國(guó)重視神經(jīng)信息學(xué)人才培養(yǎng)，NIH已啟動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)和教育計(jì)劃，資助神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)的交叉學(xué)科人才的培養(yǎng)。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的概念最初由美國(guó)提出，1

2000年在OECD的科學(xué)論壇（GSF）批準(zhǔn)下，建立以美國(guó)為牽頭國(guó)家的神經(jīng)信息學(xué)工作組（OECD-GSF–NI工作組），參加國(guó)家有：美國(guó)(組長(zhǎng))、英國(guó)、法國(guó)、日本、中國(guó)等21個(gè)成員國(guó)或觀察員國(guó)。這標(biāo)志著神經(jīng)信息學(xué)全球合作計(jì)劃正式啟動(dòng)，其概念已經(jīng)在國(guó)際范圍內(nèi)得到認(rèn)可。

2004年4月的OECD-GSF-NI巴黎工作會(huì)議上，原OECD-GSF-NI工作組更名為國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)調(diào)委員會(huì)(InternationalNeuroinformaticsCoordinatingFacility，INCF)，負(fù)責(zé)具體執(zhí)行新一輪神經(jīng)信息學(xué)國(guó)際合作計(jì)劃（PrograminInternationalNeuroinformatics，PIN）。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

2000年在OECD的科學(xué)論壇（GSF）批準(zhǔn)下，建

INCF提出神經(jīng)信息學(xué)的最終目標(biāo)依舊是建立一個(gè)有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的全球知識(shí)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同研究環(huán)境，組織全世界最頂尖的研究機(jī)構(gòu)和科學(xué)家，開(kāi)展全球性腦科學(xué)科研大協(xié)作。目前的任務(wù)是協(xié)調(diào)全球神經(jīng)信息學(xué)工作、制定神經(jīng)信息學(xué)的發(fā)展計(jì)劃、工作指南、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和共享規(guī)范。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

INCF提出神經(jīng)信息學(xué)的最終目標(biāo)依舊是建立一個(gè)

歐盟自1999年與美國(guó)共同成立USA-EC神經(jīng)信息學(xué)雙邊合作組織以來(lái)，在全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)國(guó)際合作中扮演重要角色，具有很好的工作基礎(chǔ)和突出貢獻(xiàn)。歐盟委員會(huì)近年來(lái)堅(jiān)決支持其成員國(guó)參與OECD-GSF-NI工作組各項(xiàng)活動(dòng)，并協(xié)助美國(guó)建立和完善了國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)作組織（INCF），成功爭(zhēng)取了國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)作組織主辦國(guó)地位，并聯(lián)合歐盟15個(gè)成員國(guó)投入科研基金，建立歐洲神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)行神經(jīng)信息學(xué)SCI雜志。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)在歐洲

歐盟自1999年與美國(guó)共同成立USA-EC神經(jīng)信息

歐洲神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究有著悠久的歷史，因此在對(duì)神經(jīng)信息學(xué)的認(rèn)識(shí)上，與美國(guó)有所不同。在美國(guó)，神經(jīng)信息學(xué)強(qiáng)調(diào)神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和共享，而在歐洲，在致力于建立神經(jīng)科學(xué)共享數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)神經(jīng)系統(tǒng)中的信息處理的研究信息學(xué)工具的開(kāi)發(fā)。目前，英國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)（MRC）啟動(dòng)神經(jīng)信息學(xué)人才培養(yǎng)計(jì)劃，開(kāi)始授予神經(jīng)信息學(xué)博士學(xué)位，英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、波蘭等國(guó)相繼建立了神經(jīng)信息學(xué)網(wǎng)站投入運(yùn)行或試運(yùn)行。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)在歐洲

歐洲神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究有著悠久的歷史，因此

1）“曼哈頓計(jì)劃”、“阿波羅登月計(jì)劃”和“人類(lèi)基因組計(jì)劃”是劃時(shí)代的三大科學(xué)工程，它們給整個(gè)人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。

2）“人類(lèi)基因組計(jì)劃”是“生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果和信息科學(xué)的完美結(jié)合”，人類(lèi)基因庫(kù)將為人類(lèi)健康、疾病診斷、藥物開(kāi)發(fā)、生態(tài)平衡和生物學(xué)研究作出不可估量的貢獻(xiàn)。

3)在“人類(lèi)基因組計(jì)劃”之后應(yīng)該是“人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和“人類(lèi)腦計(jì)劃”。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

“人類(lèi)腦計(jì)劃”是人類(lèi)歷史上的重大科學(xué)計(jì)劃

1）“曼哈頓計(jì)劃”、“

國(guó)際神經(jīng)信息合作組織已在全球召開(kāi)了4次會(huì)議，具體已提出了幾項(xiàng)重大建議：1）創(chuàng)建全球性的神經(jīng)信息學(xué)電子網(wǎng)絡(luò)；2）開(kāi)發(fā)先進(jìn)的神經(jīng)信息學(xué)工具、方法和數(shù)據(jù)庫(kù)；3）通過(guò)數(shù)據(jù)資源共享和建模仿真來(lái)了解神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，推動(dòng)腦科學(xué)進(jìn)步。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

當(dāng)前正在推動(dòng)的工作國(guó)際神經(jīng)信息合作組織已在全球召開(kāi)了4次會(huì)議，具體已

目前人類(lèi)腦計(jì)劃開(kāi)展的國(guó)際大合作，使用通用數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一格式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，將腦的結(jié)構(gòu)和功能、微觀和宏觀的研究結(jié)果聯(lián)系起來(lái)，繪制出健康和疾病狀態(tài)下腦的功能、結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞和分子生物學(xué)的“圖譜”。成員國(guó)的科學(xué)家們可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索、比較、分析和整合，并進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬和仿真計(jì)算，這將十分有利于理論假設(shè)的形成和研究者之間的電子合作，也可以避免不必要的重復(fù)性研究。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

目前人類(lèi)腦計(jì)劃開(kāi)展的國(guó)際大合作，使用通用數(shù)據(jù)庫(kù)，1）應(yīng)充分利用我們?nèi)祟?lèi)腦資源豐富等優(yōu)勢(shì)，積累有特色的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；2）在具有中國(guó)特色的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)（如針灸等）、漢語(yǔ)認(rèn)知與特殊感知覺(jué)的神經(jīng)信息學(xué)研究等領(lǐng)域深入開(kāi)展工作；3）建立中國(guó)的神經(jīng)信息平臺(tái)、電子網(wǎng)絡(luò)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而更好地和國(guó)外科學(xué)家協(xié)作，共享科研成果和國(guó)際資源。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

中國(guó)的神經(jīng)信息學(xué)研究1）應(yīng)充分利用我們?nèi)祟?lèi)腦資源豐富等優(yōu)勢(shì)，積累有特色的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是使用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬的方法在不同水平上對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和研究的科學(xué)：從神經(jīng)元的真實(shí)生物物理模型，它們的動(dòng)態(tài)交互關(guān)系以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，到腦的組織和神經(jīng)類(lèi)型計(jì)算的量化理論等，從計(jì)算角度理解腦，研究非程序的、適應(yīng)性的、大腦風(fēng)格的信息處理的本質(zhì)和能力，探索新型的信息處理機(jī)理和途徑，從而創(chuàng)造腦。它的發(fā)展將對(duì)智能科學(xué)、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等產(chǎn)生重要影響。Part2：計(jì)算神經(jīng)科學(xué)1、定義

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是使用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬2、發(fā)展歷史1891年，Cajal創(chuàng)立神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)是由獨(dú)立的神經(jīng)細(xì)胞組成的，這些神經(jīng)細(xì)胞連在一起組成神經(jīng)通路；1906年，Sherrington提出突觸的概念，他認(rèn)為這是神經(jīng)元之間相互交流信息的場(chǎng)所；1943年，McCulloch和Pitts首次提出M-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；1948年，Hebb提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則；1952年，Hodgkin,Huxley建立了單個(gè)神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型；1950s，1960s，對(duì)樹(shù)突的功能開(kāi)始重視，并逐漸認(rèn)識(shí)到樹(shù)突在神經(jīng)整合中的作用；1960s，1970s，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)調(diào)制物質(zhì)及第二信使；2、發(fā)展歷史1891年，Cajal創(chuàng)立神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，認(rèn)為神經(jīng)系1970s，計(jì)算機(jī)化的影像技術(shù)應(yīng)用于腦研究；1989年，Hopfield提出了學(xué)習(xí)記憶模型，開(kāi)拓了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)的新途徑；Amari在統(tǒng)計(jì)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論、聯(lián)想記憶，特別在信息幾何方面作出了一些奠基性的工作；1990年，美國(guó)開(kāi)展了“腦的十年”的研究計(jì)劃；1991年歐洲也成立了“歐洲腦的十年”委員會(huì)，推行“歐洲腦的十年”計(jì)劃；1996年，瑞士《世界經(jīng)濟(jì)論壇》上宣布成立“腦研究聯(lián)盟”；1996年，日本推出了為期20年的“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃綱要。在我國(guó)，1992年把“腦功能及其細(xì)胞和分子基礎(chǔ)”列入國(guó)家科委重大基礎(chǔ)研究攀登項(xiàng)目，又把主要腦疾病的防治作為國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目。1995年成立了“中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)”。1970s，計(jì)算機(jī)化的影像技術(shù)應(yīng)用于腦研究；3、研究問(wèn)題單個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算模型：?jiǎn)蝹€(gè)神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元，它由神經(jīng)細(xì)胞體、樹(shù)突和軸突構(gòu)成，神經(jīng)元之間通過(guò)突觸連接；3、研究問(wèn)題單個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算模型：?jiǎn)蝹€(gè)神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

神經(jīng)元的計(jì)算模型：（1）離子通道模型（2）電纜特性和房室模型（3）突觸動(dòng)力學(xué)模型（4）樹(shù)突動(dòng)力學(xué)模型神經(jīng)元的計(jì)算模型：（1）離子通道模型神經(jīng)活動(dòng)的基本過(guò)程：研究神經(jīng)元離子通道及其調(diào)控、突觸傳遞及其調(diào)控、神經(jīng)元受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)活動(dòng)的同步機(jī)理；神經(jīng)活動(dòng)的基本過(guò)程：研究神經(jīng)元離子通道及其調(diào)控、突觸傳遞及其學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)制：神經(jīng)系統(tǒng)因活動(dòng)和環(huán)境等因素的作用而在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生改變，這種改變是學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)腦功能的基礎(chǔ)。研究產(chǎn)生這種可塑性、特別是神經(jīng)突觸的可塑性的機(jī)制以及學(xué)習(xí)規(guī)則。研究神經(jīng)元回路信息編碼及加工機(jī)理；神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的分子機(jī)制：神經(jīng)細(xì)胞在腦發(fā)育時(shí)由神經(jīng)干細(xì)胞分化而來(lái)，以后經(jīng)過(guò)遷移、長(zhǎng)出突起、通過(guò)形成突觸互相連接等過(guò)程逐步形成復(fù)雜精密的腦。研究調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞分化、維持神經(jīng)細(xì)胞存活、調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞遷移、突起生長(zhǎng)和突觸形成的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，研究它們的作用和作用機(jī)理；神經(jīng)遞質(zhì)：研究神經(jīng)遞質(zhì)的構(gòu)成，神經(jīng)遞質(zhì)的合成、維持、釋放及與受體的相互作用。

從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課件計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的研究力圖體現(xiàn)人腦的如下基本特征:大腦皮層是一個(gè)廣泛連接的巨型復(fù)雜系統(tǒng)；人腦的計(jì)算是建立在大規(guī)模并行模擬處理的基礎(chǔ)之上；人腦具有很強(qiáng)的“容錯(cuò)性”和聯(lián)想能力,善于概括、類(lèi)比、推廣；大腦功能受先天因素的制約,但后天因素,如經(jīng)歷、學(xué)習(xí)與訓(xùn)練等起著重要作用，這表明人腦是有很強(qiáng)的自組織性與自適應(yīng)性。從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)課件4、研究意義醫(yī)學(xué)上，神經(jīng)科學(xué)所揭示的每一點(diǎn)，都使人類(lèi)更接近于能夠預(yù)防或緩解像癲癇、帕金森病、阿耳茨海默病等神經(jīng)疾患，以及抑郁癥或者狂想癥等精神疾病；

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，研究人腦有利于制造性能更高的計(jì)算機(jī)；哲學(xué)上，動(dòng)物和人的感知、學(xué)習(xí)記憶、語(yǔ)言思維等現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)的內(nèi)容，理應(yīng)與哲學(xué)中的認(rèn)識(shí)論密切相關(guān)，哲學(xué)上唯心論和唯物論之爭(zhēng)也與腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)息息相關(guān)；此外，神經(jīng)科學(xué)研究的發(fā)展也有利于推動(dòng)數(shù)學(xué)、物理、生物等學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展。4、研究意義醫(yī)學(xué)上，神經(jīng)科學(xué)所揭示的每一點(diǎn)，都使人類(lèi)更接近于5、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)：

上海：神經(jīng)科學(xué)所，復(fù)旦大學(xué)，上海交通大學(xué)，華東理工大學(xué)，上海大學(xué)等；

北京：中科院生物物理研究所，北京大學(xué)，清華大學(xué)，北京師范大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等；

西安：陜西師范大學(xué)，西安交通大學(xué)，第四軍醫(yī)大學(xué)等；

香港：香港浸會(huì)大學(xué)，香港城市大學(xué)

南京：南京大學(xué)(王煒，劉鋒)5、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)：國(guó)外研究機(jī)構(gòu)：

德國(guó)：Prof.JurgenKurths,Prof.F.Kaiser（Darmstadt）,Prof.Pikovsky, Prof.AlexanderMikhailov(Berlin,constructnetworkmodel)等新加坡：HuBambi等 美國(guó)：Prof.JohnRinzel,Eric.Shea-Brown,PeterJung等 西班牙：JordiGarciaOjalvo等 日本：HideoHasegawa等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)：6、相關(guān)期刊物理類(lèi)：

PNAS,PRL,PRE,PhysicaD,ReviewofModernPhysics,NewjournalofPhysics,EuropeanphysicsLetter,PhysicaA,PhysicaLetterA,Chaos,IJBC,EuropeanPhysicsJournalB等6、相關(guān)期刊物理類(lèi)：神經(jīng)類(lèi)：

Neuron,Brain,J.Neuroscience,Neurocomputation,J.Comput.Neurosci.,J.Neurophysiol.,NatureRev.Neurosci.,Visualresearch,TrendsinNeurosci.,Neuroreport等神經(jīng)類(lèi)：7.發(fā)展前景著名神經(jīng)生理學(xué)家、諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Eccles預(yù)言：“在30年內(nèi)，世界上大多數(shù)最偉大的科學(xué)家將都是在研究腦”。諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、研究DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的生化學(xué)家Crick指出：“對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有任何一種科學(xué)研究比研究人腦更重要”。

7.發(fā)展前景著名神經(jīng)生理學(xué)家、諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者EThanksforyourattentions!Thanksforyourattentions!從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)韓芳東華大學(xué)信息學(xué)院2013.9從“人類(lèi)腦計(jì)劃”到計(jì)算神經(jīng)科學(xué)韓芳主要內(nèi)容1.“人類(lèi)腦計(jì)劃”介紹2.計(jì)算神經(jīng)科學(xué)概述主要內(nèi)容1.“人類(lèi)腦計(jì)劃”介紹2.計(jì)算神經(jīng)科學(xué)概述Part1.

人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

Part1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

問(wèn)題的提出

生命是什么？靈魂在那里？

大腦如何思維？揭示大腦奧秘是人類(lèi)面臨的最大挑戰(zhàn).腦科學(xué)是21世紀(jì)最具有原創(chuàng)性的科學(xué)！1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

生命是什么？1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人與其它物種之區(qū)別

人類(lèi)有極其復(fù)雜的大腦，它是千百萬(wàn)年進(jìn)化的結(jié)晶。在過(guò)去六億年中，生物的進(jìn)化產(chǎn)生了由大量神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)而形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，解決了在不斷變化的復(fù)雜環(huán)境中，人腦如何處理各種復(fù)雜信息的問(wèn)題。人的高級(jí)認(rèn)知功能的高度發(fā)展，使得人類(lèi)成為萬(wàn)物之首，具備了主宰世界的能力。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹人類(lèi)有極其復(fù)雜的大腦，它是千1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人腦是精巧而完善的智能信息處理系統(tǒng)

研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)成人大腦內(nèi)有上千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（10的11次方），還有超過(guò)10的14次方個(gè)神經(jīng)突觸。

腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的組織，是接受外界信號(hào)、產(chǎn)生感覺(jué)、形成意識(shí)、進(jìn)行邏輯思維、發(fā)出指令、產(chǎn)生行為的指揮部。

掌管著人類(lèi)每天的語(yǔ)言、思維、感覺(jué)、情緒、運(yùn)動(dòng)等高級(jí)活動(dòng)。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)成人大腦內(nèi)有上千億個(gè)神1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦科學(xué)的研究熱潮正遍布全球

人腦的結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，需要從分子、細(xì)胞、系統(tǒng)、全腦和行為等不同層次進(jìn)行研究和整合，內(nèi)容極其豐富。世界各國(guó)投入了大量的人力和財(cái)力進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究：美國(guó)：1989年，美國(guó)在全世界率先推出了全國(guó)性的腦科學(xué)計(jì)劃，并把20世紀(jì)的最后十年命名為“腦的十年”。這一舉動(dòng)立刻得到了國(guó)際腦研究組織和許多國(guó)際學(xué)術(shù)組織的響應(yīng)。美國(guó)提出“腦的十年”計(jì)劃重點(diǎn)是保護(hù)腦，防治腦疾病。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹人腦的結(jié)構(gòu)和功能極其復(fù)雜，需要1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦科學(xué)的研究熱潮正遍布全球

歐洲：1991年歐共體制定了“EC腦十年計(jì)劃”；日本：1995年日本學(xué)術(shù)會(huì)議設(shè)立“腦科學(xué)和意識(shí)問(wèn)題”特別委員會(huì)。1996年日本科學(xué)技術(shù)廳在總結(jié)它和通產(chǎn)省等1986年所提出“人類(lèi)前沿科學(xué)計(jì)劃”十年實(shí)踐結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了“腦科學(xué)時(shí)代——腦科學(xué)研究推進(jìn)計(jì)劃”，正式提出了“了解腦、保護(hù)腦、創(chuàng)造腦”的口號(hào)，并指出“了解腦也就是了解人類(lèi)本身”。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人們相信腦科學(xué)的研究成果將為人類(lèi)更好地：

了解自己、

保護(hù)自己、防治腦疾病、

開(kāi)發(fā)大腦潛能等方面做出重要的貢獻(xiàn)。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

“認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、創(chuàng)造腦”三大目標(biāo)人們相信腦科學(xué)的研究成果將為人類(lèi)更好地：1.人類(lèi)腦計(jì)

1）以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)（解剖、生理、病理、生化、免疫、電生理、心理）等，已經(jīng)獲得了大量有關(guān)動(dòng)物腦和人腦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究結(jié)果。

2）近年來(lái)分子神經(jīng)生物學(xué)研究從基因水平來(lái)揭示人腦的奧秘，先進(jìn)的基因芯片技術(shù)在每秒鐘就可以得到大量微觀水平上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3）腦功能成像（fMRI、PET、ERP等）使我們能從活體和整體水平來(lái)研究腦，可以在無(wú)創(chuàng)傷條件下了解到人的思維、行為活動(dòng)時(shí)腦的功能活動(dòng)。這些新方法、新技術(shù)極大地增強(qiáng)了宏觀水平上的腦研究能力，同時(shí)也產(chǎn)生了海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

腦的研究正在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)

1）以往有關(guān)腦的研究包括神經(jīng)（解剖、生理、

1）神經(jīng)科學(xué)家面臨的重要問(wèn)題之一，就是能否靈活有效地管理數(shù)據(jù)，最大限度地利用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。建立“全球神經(jīng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)”和“神經(jīng)信息電子網(wǎng)絡(luò)”，已經(jīng)迫在眉睫。

2）應(yīng)加強(qiáng)神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)的合作和相互滲透，建立新的研究模式，即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)→數(shù)學(xué)理論→計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)測(cè)→生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→數(shù)學(xué)模型與驗(yàn)證后的理論，力求達(dá)到事半功倍，加快腦的研究進(jìn)程。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

海量的數(shù)據(jù)呼喚新的學(xué)科-神經(jīng)信息科學(xué)

1）神經(jīng)科學(xué)家面臨的重要問(wèn)題之一，就是能否靈活有

神經(jīng)信息學(xué)指神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相互結(jié)合的研究領(lǐng)域。它是人類(lèi)腦計(jì)劃的核心內(nèi)容。

目標(biāo)：利用信息技術(shù)，建立神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1）以便能對(duì)不同層次的有關(guān)腦的研究數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢索、比較、分析、整合、建模和仿真，繪制出腦功能、腦結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖譜；

2）能從基因到行為各個(gè)水平加深人類(lèi)對(duì)大腦的理解，達(dá)到“認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和創(chuàng)造腦”的目的。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

人類(lèi)腦計(jì)劃的核心——

神經(jīng)信息學(xué)

神經(jīng)信息學(xué)指神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相互結(jié)合的研究領(lǐng)域

全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的概念最初由美國(guó)提出，1999年在美國(guó)與歐共體合作的基礎(chǔ)上形成USA-EC神經(jīng)信息學(xué)雙邊合作組織。美國(guó)神經(jīng)信息學(xué)的國(guó)內(nèi)分支機(jī)構(gòu)是美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院（NIH）神經(jīng)信息學(xué)辦公室。該國(guó)對(duì)人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的專(zhuān)項(xiàng)資助（PhaseI和PhaseII研究基金）目前已近1億美金，資助方向是神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)相結(jié)合的研究?jī)?nèi)容。美國(guó)人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的研究集中在嗅覺(jué)神經(jīng)信息學(xué)（YaleUniversity）、人腦圖譜（UCLA）和認(rèn)知神經(jīng)信息學(xué)（DartmouthCollege）三個(gè)方面。美國(guó)重視神經(jīng)信息學(xué)人才培養(yǎng)，NIH已啟動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)和教育計(jì)劃，資助神經(jīng)科學(xué)和信息學(xué)的交叉學(xué)科人才的培養(yǎng)。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)的概念最初由美國(guó)提出，1

2000年在OECD的科學(xué)論壇（GSF）批準(zhǔn)下，建立以美國(guó)為牽頭國(guó)家的神經(jīng)信息學(xué)工作組（OECD-GSF–NI工作組），參加國(guó)家有：美國(guó)(組長(zhǎng))、英國(guó)、法國(guó)、日本、中國(guó)等21個(gè)成員國(guó)或觀察員國(guó)。這標(biāo)志著神經(jīng)信息學(xué)全球合作計(jì)劃正式啟動(dòng)，其概念已經(jīng)在國(guó)際范圍內(nèi)得到認(rèn)可。

2004年4月的OECD-GSF-NI巴黎工作會(huì)議上，原OECD-GSF-NI工作組更名為國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)調(diào)委員會(huì)(InternationalNeuroinformaticsCoordinatingFacility，INCF)，負(fù)責(zé)具體執(zhí)行新一輪神經(jīng)信息學(xué)國(guó)際合作計(jì)劃（PrograminInternationalNeuroinformatics，PIN）。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

2000年在OECD的科學(xué)論壇（GSF）批準(zhǔn)下，建

INCF提出神經(jīng)信息學(xué)的最終目標(biāo)依舊是建立一個(gè)有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的全球知識(shí)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同研究環(huán)境，組織全世界最頂尖的研究機(jī)構(gòu)和科學(xué)家，開(kāi)展全球性腦科學(xué)科研大協(xié)作。目前的任務(wù)是協(xié)調(diào)全球神經(jīng)信息學(xué)工作、制定神經(jīng)信息學(xué)的發(fā)展計(jì)劃、工作指南、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和共享規(guī)范。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)的建立和發(fā)展

INCF提出神經(jīng)信息學(xué)的最終目標(biāo)依舊是建立一個(gè)

歐盟自1999年與美國(guó)共同成立USA-EC神經(jīng)信息學(xué)雙邊合作組織以來(lái)，在全球人類(lèi)腦計(jì)劃/神經(jīng)信息學(xué)國(guó)際合作中扮演重要角色，具有很好的工作基礎(chǔ)和突出貢獻(xiàn)。歐盟委員會(huì)近年來(lái)堅(jiān)決支持其成員國(guó)參與OECD-GSF-NI工作組各項(xiàng)活動(dòng)，并協(xié)助美國(guó)建立和完善了國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)作組織（INCF），成功爭(zhēng)取了國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)作組織主辦國(guó)地位，并聯(lián)合歐盟15個(gè)成員國(guó)投入科研基金，建立歐洲神經(jīng)信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)行神經(jīng)信息學(xué)SCI雜志。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)在歐洲

歐盟自1999年與美國(guó)共同成立USA-EC神經(jīng)信息

歐洲神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究有著悠久的歷史，因此在對(duì)神經(jīng)信息學(xué)的認(rèn)識(shí)上，與美國(guó)有所不同。在美國(guó)，神經(jīng)信息學(xué)強(qiáng)調(diào)神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和共享，而在歐洲，在致力于建立神經(jīng)科學(xué)共享數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)神經(jīng)系統(tǒng)中的信息處理的研究信息學(xué)工具的開(kāi)發(fā)。目前，英國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)（MRC）啟動(dòng)神經(jīng)信息學(xué)人才培養(yǎng)計(jì)劃，開(kāi)始授予神經(jīng)信息學(xué)博士學(xué)位，英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、波蘭等國(guó)相繼建立了神經(jīng)信息學(xué)網(wǎng)站投入運(yùn)行或試運(yùn)行。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹神經(jīng)信息學(xué)在歐洲

歐洲神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)研究有著悠久的歷史，因此

1）“曼哈頓計(jì)劃”、“阿波羅登月計(jì)劃”和“人類(lèi)基因組計(jì)劃”是劃時(shí)代的三大科學(xué)工程，它們給整個(gè)人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。

2）“人類(lèi)基因組計(jì)劃”是“生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果和信息科學(xué)的完美結(jié)合”，人類(lèi)基因庫(kù)將為人類(lèi)健康、疾病診斷、藥物開(kāi)發(fā)、生態(tài)平衡和生物學(xué)研究作出不可估量的貢獻(xiàn)。

3)在“人類(lèi)基因組計(jì)劃”之后應(yīng)該是“人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和“人類(lèi)腦計(jì)劃”。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

“人類(lèi)腦計(jì)劃”是人類(lèi)歷史上的重大科學(xué)計(jì)劃

1）“曼哈頓計(jì)劃”、“

國(guó)際神經(jīng)信息合作組織已在全球召開(kāi)了4次會(huì)議，具體已提出了幾項(xiàng)重大建議：1）創(chuàng)建全球性的神經(jīng)信息學(xué)電子網(wǎng)絡(luò)；2）開(kāi)發(fā)先進(jìn)的神經(jīng)信息學(xué)工具、方法和數(shù)據(jù)庫(kù)；3）通過(guò)數(shù)據(jù)資源共享和建模仿真來(lái)了解神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，推動(dòng)腦科學(xué)進(jìn)步。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

當(dāng)前正在推動(dòng)的工作國(guó)際神經(jīng)信息合作組織已在全球召開(kāi)了4次會(huì)議，具體已

目前人類(lèi)腦計(jì)劃開(kāi)展的國(guó)際大合作，使用通用數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一格式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，將腦的結(jié)構(gòu)和功能、微觀和宏觀的研究結(jié)果聯(lián)系起來(lái)，繪制出健康和疾病狀態(tài)下腦的功能、結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞和分子生物學(xué)的“圖譜”。成員國(guó)的科學(xué)家們可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索、比較、分析和整合，并進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬和仿真計(jì)算，這將十分有利于理論假設(shè)的形成和研究者之間的電子合作，也可以避免不必要的重復(fù)性研究。1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

目前人類(lèi)腦計(jì)劃開(kāi)展的國(guó)際大合作，使用通用數(shù)據(jù)庫(kù)，1）應(yīng)充分利用我們?nèi)祟?lèi)腦資源豐富等優(yōu)勢(shì)，積累有特色的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；2）在具有中國(guó)特色的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)（如針灸等）、漢語(yǔ)認(rèn)知與特殊感知覺(jué)的神經(jīng)信息學(xué)研究等領(lǐng)域深入開(kāi)展工作；3）建立中國(guó)的神經(jīng)信息平臺(tái)、電子網(wǎng)絡(luò)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而更好地和國(guó)外科學(xué)家協(xié)作，共享科研成果和國(guó)際資源。

1.人類(lèi)腦計(jì)劃介紹

中國(guó)的神經(jīng)信息學(xué)研究1）應(yīng)充分利用我們?nèi)祟?lèi)腦資源豐富等優(yōu)勢(shì)，積累有特色的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是使用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬的方法在不同水平上對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和研究的科學(xué)：從神經(jīng)元的真實(shí)生物物理模型，它們的動(dòng)態(tài)交互關(guān)系以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，到腦的組織和神經(jīng)類(lèi)型計(jì)算的量化理論等，從計(jì)算角度理解腦，研究非程序的、適應(yīng)性的、大腦風(fēng)格的信息處理的本質(zhì)和能力，探索新型的信息處理機(jī)理和途徑，從而創(chuàng)造腦。它的發(fā)展將對(duì)智能科學(xué)、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等產(chǎn)生重要影響。Part2：計(jì)算神經(jīng)科學(xué)1、定義

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是使用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬2、發(fā)展歷史1891年，Cajal創(chuàng)立神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)是由獨(dú)立的神經(jīng)細(xì)胞組成的，這些神經(jīng)細(xì)胞連在一起組成神經(jīng)通路；1906年，Sherrington提出突觸的概念，他認(rèn)為這是神經(jīng)元之間相互交流信息的場(chǎng)所；1943年，McCulloch和Pitts首次提出M-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；1948年，Hebb提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則；1952年，Hodgkin,Huxley建立了單個(gè)神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型；1950s，1960s，對(duì)樹(shù)突的功能開(kāi)始重視，并逐漸認(rèn)識(shí)到樹(shù)突在神經(jīng)整合中的作用；1960s，1970s，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)調(diào)制物質(zhì)及第二信使；2、發(fā)展歷史1891年，Cajal創(chuàng)立神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，認(rèn)為神經(jīng)系1970s，計(jì)算機(jī)化的影像技術(shù)應(yīng)用于腦研究；1989年，Hopfield提出了學(xué)習(xí)記憶模型，開(kāi)拓了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)的新途徑；Amari在統(tǒng)計(jì)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論、聯(lián)想記憶，特別在信息幾何方面作出了一些奠基性的工作；1990年，美國(guó)開(kāi)展了“腦的十年”的研究計(jì)劃；1991年歐洲也成立了“歐洲腦的十年”委員會(huì)，推行“歐洲腦的十年”計(jì)劃；1996年，瑞士《世界經(jīng)濟(jì)論壇》上宣布成立“腦研究聯(lián)盟”；1996年，日本推出了為期20年的“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃綱要。在我國(guó)，1992年把“腦功能及其細(xì)胞和分子基礎(chǔ)”列入國(guó)家科委重大基礎(chǔ)研究攀登項(xiàng)目，又把主要腦疾病的防治作為國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目。1995年成立了“中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)”。1970s，計(jì)算機(jī)化的影像技術(shù)應(yīng)用于腦研究；3、研究問(wèn)題單個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算模型：?jiǎn)蝹€(gè)神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元，它由神經(jīng)細(xì)胞體、樹(shù)突和軸突構(gòu)成，神經(jīng)元之間通過(guò)突觸連接；3、研究問(wèn)題單個(gè)神經(jīng)元的計(jì)算模型：?jiǎn)蝹€(gè)神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

神經(jīng)元的計(jì)算模型：（1）離子通道模型（2）電纜特性和房室模型（3）突觸動(dòng)力學(xué)模型（4）樹(shù)突動(dòng)力學(xué)模型神經(jīng)元的計(jì)算模型：（1）離子通道模型神經(jīng)活動(dòng)的基本過(guò)程：研究神經(jīng)元離子通道及其調(diào)控、突觸傳遞及其調(diào)控、神經(jīng)元受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)活動(dòng)的同步機(jī)理；神經(jīng)活動(dòng)的基本過(guò)程：研究神經(jīng)元離子通道及其調(diào)控、突觸傳遞及其學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)制：神經(jīng)系統(tǒng)因活動(dòng)和環(huán)境等因素的作用而在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生改變，這種改變是學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)腦功能的基礎(chǔ)。研究產(chǎn)生這種可塑性、特別是神經(jīng)突觸的可塑性的機(jī)制以及學(xué)習(xí)規(guī)則。研究神經(jīng)元回路信息編碼及加工機(jī)理；神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的分子機(jī)制：神經(jīng)細(xì)胞在腦發(fā)育時(shí)由神經(jīng)干細(xì)胞分化而來(lái)，以后經(jīng)過(guò)遷移、長(zhǎng)出突起、通過(guò)形成突觸互相連接等過(guò)程逐步形成復(fù)雜精密的腦。研究調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞分化、維持神經(jīng)細(xì)胞存活、調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞遷移、突起生長(zhǎng)和突觸形成的神經(jīng)