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美国研究人员获得750万美元政府的资助,以研究大脑的记忆能力和能量效率

2017-05-03 144浏览 标签: 大脑政府

201751日,美国加州大学圣地亚哥分校通过官网发布消息称,由该校和斯坦福大学组成的一个研究团队已经获得了一项为期五年的750万美元政府资助研究项目该项目资金由美国空军科学研究办公室通过多学科大学研究计划(MURI)授予。通过研究试图回答两个基本问题:大脑的记忆能力是多少?大脑如何以最大的能量效率处理信息?

该项目研究团队由加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系助理教授Padmini Rangamani领导,她是理论和计算生物物理学方面的专家。此外团队成员还包括加州大学圣地亚哥分校的研究人员Terry Sejnowski,一位著名的神经生物学家和计算神经科学专家;Cal-BRAIN倡议联合主任和实验性神经科学家Ralph Greenspan;专门从事细胞骨架重塑神经元的神经生物学教授Shelley Halpain;此外,还包括斯坦福大学计算数学专家Daniel Tartakovsky

“生物体如何根据有限的信息并在低能耗下做出复杂的决策?这个问题不仅是进化的核心,关乎动物生活和人类日常生活的复杂方式,也是为了我们能够了解自身的运作方式,“该项目首席研究员Padmini Rangamani说。“这些复杂且核心问题的答案在于将动物与机器区分开来。我们的工作有望设计出节能高效的新技术。”

解释这项工作的一个好方法是考虑一辆汽车和一只动物的大脑之间的区别。一辆汽车需要燃料供给方能运行,且须控制开关。而大脑可保证不断运转,即使在“耗尽燃料”的情况下也能发挥一定的作用。大脑在如极度缺乏睡眠或饥饿等极端环境下才可能开始出现运转错误。该项目的目标是了解为什么以及如何发生这种情况。

Terry Sejnowski对此表示:“人脑比任何人造电脑都更强大,却只能20瓦左右的功率。我们从自然界中学到很多关于建立快速智能电脑的知识。”

在接下来的五年中,研究人员将采取多学科,多尺度的方法来解决这个难题。他们将在日益复杂的细胞培养和果蝇中进行实验。这将导致他们开发理论和计算框架,使他们能够识别这些系统中的能源和信息机制。

Ralph Greenspan对此表示:“这是一个令人兴奋的项目,汇集了一些来自一系列不同领域的最原始、最有才华的科学家,以解决当今神经科学中最重要的问题之一:大脑如何有效(so effectively)地处理信息,同时如何做到如此的高效(率)(so efficiently)。

研究人员说,他们认为他们的工作将影响科学界对神经元如何使用能量的分子生物学的认识;神经元能量消耗的来源和汇点;以及如何在单个树突棘和神经回路中对脑内存能量可用性的影响。

Rangamani说:“我们期望这项工作的结果能够推动该领域发展的新界限。”

在接下来的五年中,该团队有五个研究目标:表征神经元中的分子途径,能量转导和信号传导;表征能量源并与树突棘中的细胞骨架动力学耦合;了解分子途径对多细胞反应和神经回路的影响;了解活体动物昼夜节律与脑能量平衡的关系;了解从细胞器到生物体的信息量化和处理机制。

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