从恐龙大脑到思维控制——10个令人着迷的大脑发现
人脑是已知宇宙中最复杂、最不为人所知的生物结构。
推进大脑2012年4月，奥巴马总统宣布了由美国国家科学基金会(NSF)联合领导的“通过推进创新神经技术进行大脑研究”(Brain)计划。
甚至在BRAIN之前，NSF就投资了fundamental大脑研究这产生了与人类和动物有关的惊人发现。以下是美国国家科学基金会资助的大脑研究的10项最新发现，从对恐龙和章鱼大脑的洞察，到涉及阿尔茨海默病、脑控制机器等的发现。
1.惊喜!有些类型的皱纹是好的
我们人类的大脑相对于我们的体型来说是比较大的，而且比其他动物的大脑褶皱更多。大脑大小和皱纹数量与不同物种的智力相关。
人类大脑的外层被皱纹覆盖，皱纹越多越好。为什么?因为这些皱纹增加了神经元(信息处理的功能单位)的表面积，而不增加头部的大小，这对分娩期间的女性是有益的。人类大脑皱纹被认为几乎和人类身高一样是遗传的。
华盛顿大学圣路易斯分校的伊丽莎白·阿特金森最近在大约1000只狒狒身上发现了与皱纹数量相关的染色体片段和基因，这些狒狒在基因上与人类相似。下一步:精确定位折叠模式在这些遗传区域的起源位置，这将为人类大脑的进化提供见解。
2.恐龙:毕竟不是又大又笨，只是大而已?
一份新的广义恐龙大脑地图表明，可能存在大脑，这是控制哺乳动物复杂认知行为的大脑部分。虽然科学家们不知道恐龙的大脑可能控制着什么功能，但它们的存在表明恐龙可能执行了比以前认为的更复杂的行为，比如形成社会群体和可能的交流。
这张地图是根据鳄鱼和鸟类大脑的遗传和组织推断出来的。鳄鱼出现在许多恐龙之前，是恐龙现存的近亲，而鸟类出现在恐龙之后。
因为鳄鱼、恐龙和鸟类形成了一个进化链，科学家们认为这些动物的大脑结构具有共同的重要特征，所以恐龙大脑的关键特征可以从鳄鱼和鸟类的大脑中推断出来。
大脑地图也是基于恐龙颅骨的化石，这对恐龙大脑的形状产生了影响。在没有任何已知的恐龙脑组织化石的情况下，这些证据为研究恐龙大脑提供了最好的线索。恐龙大脑地图是由杜克大学的埃里希·贾维斯领导的团队绘制的。
3.爱因斯坦智商高的一种可能解释
20世纪80年代对爱因斯坦的大脑进行的研究表明，爱因斯坦拥有异常大量的大脑大脑细胞在他的大脑皮层中，有一种胶质细胞异常大，形状复杂。虽然缺乏统计学意义，但这些研究有助于引起人们对神经胶质细胞的兴趣。
长期以来，胶质细胞一直被认为是结缔组织，不像神经元那样有助于学习和记忆。这一观点已经根深蒂固，因为神经胶质细胞不像神经元那样产生电信号，而电信号被认为是大脑功能的核心。
关于神经胶质对智力影响的更有力证据包括2013年的一项研究，该研究将人类神经胶质注射到新生小鼠的大脑中。成年后，接受注射的老鼠比对照组的老鼠学习得更快。
此外,两个最近论文促进了顶尖脑科学家对神经胶质重要性的新共识——它甚至可能有助于学习。怎么做?大脑成像显示，当人们学习新技能时，从杂耍到玩电脑游戏，特定大脑区域的结构会发生变化。这些变化可能是由于神经胶质细胞在轴突(神经纤维)周围形成了髓磷脂(一种脂肪绝缘物质)，它加速了轴突电信号的传输。
4.在人脑与计算机的融合中，大脑仍然很重要
脑机连接是一种伙伴关系:人脑告诉机器该做什么，机器就会做出相应的反应。
当这种伙伴关系起作用时，大脑和机器可能一起完成惊人的事情。例如，在实验中，学生们通过装有传感器的特殊帽子驾驶模型直升机，这些传感器可以解码他们的大脑活动。在类似的设置中，有身体残疾的人用机械臂拿咖啡杯。
但人类通常很难控制他们的机械伙伴，部分原因是需要大量时间来学习如何这样做。减少训练时间的一种方法可能是提高身心意识——正如明尼苏达大学神经工程中心主任何斌(Bin He)最近领导的一项研究所表明的那样。他的研究结果表明，通过瑜伽或冥想等练习来训练身心意识，使人们掌握脑机接口的速度比未经训练的人快近5倍。
即使脑机连接变得更加用户友好，贺建奎的研究结果也强调了人为因素对这些系统的持续重要性。
5.科学家们也许能预测出你什么时候能做好冒险的准备
大脑成像技术的最新进展可以让研究人员根据某些类型的大脑活动来预测一个人是会做出安全的还是冒险的财务决定在做决定之前．
斯坦福大学的布莱恩·克努森和夏琳·c·吴(Charlene C. Wu)表示，那些期望赢得大奖的人，大脑中某些区域的活动增加，包括与奖励和快乐有关的伏隔核，而那些期望失败的人，大脑中与焦虑和厌恶有关的前脑岛的活动增加。
风险越大，这些地区的活动就越多。但是，尽管伏隔核的活动越多，冒险行为就越容易发生，但前脑岛的活动越多，冒险行为就越少。
这些发现表明，当人们更兴奋时，他们会承担更大的风险。事实上，胜算不大的胜利(就像潜在的彩票中奖一样)极大地增加了兴奋感和伏隔核的活动，鼓励人们冒险，即使他们偏离了“理性”人的选择。
研究人们在考虑冒险选择时的大脑，可以揭示人们为什么会做出某些财务决定。这些发现对个人冒险模式——比如为401k储蓄——以及描述群体行为的基本理论都有影响。
6.以细胞为基础的治疗可能最终有助于击退脑癌
脑瘤是美国癌症相关死亡的第二大原因，每年有7万人被诊断出这种致命的疾病。
现在，堪萨斯州立大学的Stefan Bossmann和Deryl Troyer正致力于改进一种尚未成功应用的有前途的细胞疗法。研究人员的疗法将通过收集癌症患者的血液来起作用;用装满抗癌药物的“货舱”或封闭腔翻新选定的白细胞;然后重新注入患者的血液，将药物直接输送到肿瘤中。
以前开发这种类型的细胞疗法的努力产生了微弱的、渗漏的药腔，杀死了载体细胞，而不是肿瘤。但研究人员正在通过开发一种新型材料来改善这些空腔，这种材料可以形成类似于自组装人工气泡的东西，被设计成可以选择性地被正确类型的空气吸收白细胞在到达肿瘤时，它们仍然足够强大，足以容纳药物，并自然地自我毁灭。
与传统的化疗和纳米疗法相比，细胞疗法可以在不损害人体免疫系统的情况下，向肿瘤输送更多的抗癌药物。
随着在小鼠身上进行的初步实验，这种疗法将很快首次用于特异性靶向小鼠肿瘤，并希望这种疗法最终能够成功用于人类脑肿瘤。
7.章鱼:眼睛有这种能力
章鱼是一种成功的掠食者，部分原因是它拥有出色的视力——无脊椎动物中最好的——这使它能够在视觉上瞄准并专注于猎物。
更重要的是，章鱼的8个灵活的无骨臂中每一个都装有大约4400万个神经细胞(几乎占它所有神经元的10%)。这些手臂上的神经元与动物的大脑相连。
当章鱼发现一条看起来很美味的鱼时，由此产生的视觉信息就会从眼睛传输到大脑。然后，这些信息通过它手臂上的神经元来帮助这些柔软的柔术演员决定如何抢夺食物。
相反，触觉信息，比如螃蟹粗糙外壳的感觉，会通过章鱼的手臂回到大脑的学习和记忆中心，帮助这些聪明的动物提高捕猎技能。
芝加哥大学的克利夫顿·拉格斯代尔领导的团队首次使用现代分子技术来研究章鱼独特的神经系统是如何处理视觉信息的，以及章鱼的处理系统是否与脊椎动物有显著不同。如果发现了这些差异，它们可能会揭示大脑处理视觉信息和学习的其他方式。由此产生的见解可能会为机器人和图像检测设备带来重要的应用。
8.鸟类对气候变化的反应:一切都在它们的大脑中
不同的鸟类使用不同的线索来决定何时迁徙和繁殖。任何特定物种是否能够足够快地调整这种活动的时间来跟上气候变化，可能在一定程度上取决于它使用的线索。
在不同程度上，所有鸟类都以白昼长度为线索。它们通过位于大脑深处的光激活感受器来测量白天的光线并预测季节的变化。光穿透他们的头骨，甚至不需要穿过他们的眼睛。
因为白天的长度不受气候变化的影响，一些长距离的迁徙动物，比如以白天长度为主要迁徙线索的斑蝇，在春季繁殖地的到达时间保持相当一致。然而，由于气候变化，春季气温现在趋于提前上升。因此，这些迁徙者现在倾向于在早春时较晚到达繁殖地——因此，现在错过了它们以前盛宴的昆虫数量高峰。由于食物减少，这些迁徙鸟现在的幼鸟数量减少，这可能导致种群数量下降。
一些鸟类在迁徙和/或繁殖时增加了其他线索，比如温度变化，这些线索可能也在它们的大脑中处理。一些对温度敏感的鸟类迁徙活动时间的变化与气候变化相关的温度变化有关。
但大多数关于鸟类处理白天长度的研究都只针对雄性。现在，加州大学伯克利分校的Nicole Perfito正在研究两岁的女性是如何繁殖后代的鸟类过程日长和其他影响产卵时间的线索——这是它们对气候变化潜在反应的重要因素。
9.仍然需要:人类大脑的完整部件列表
的人类的大脑大约有1000亿个神经元。但科学家们还没有对存在的多种脑细胞及其功能的完整清单。他们也不明白来自神经元的电信号和化学信号是如何产生思想、行为和行动的。
没有这些知识，科学家还不能解释创伤性损伤和神经退行性疾病如何损害大脑功能或应该如何治疗。相比之下，想象一个机械师在没有完整的零件清单和/或不了解发动机如何运行的情况下试图修理汽车发动机!
然而，新类型的脑细胞经常被发现，部分原因是新的大脑成像技术可以放大大脑以揭示越来越多的细节，就像谷歌地图可以放大邻里一样。
但是如果没有一个通用的分类系统，已经发现的细胞类型可能是根据不一致的标准来命名和分类的，比如形状、功能或位置。因此，一些新“发现”的细胞类型可能真的会被重新发现，重新命名为细胞类型。
为了使神经元的命名标准化，并创建一个普遍接受的神经元类型目录，麻省理工学院的爱德华·博伊登(Edward Boyden)和其他人正在与艾伦脑科学研究所合作，创建第一个脑细胞类型的综合数据库。
10.设计抗体可能最终有助于对抗阿尔茨海默病
抗体是一种传统上由人体免疫系统产生的蛋白质，用来应对入侵者，在我们对抗流感病毒和其他有害物质的斗争中，抗体已经成为我们的盟友。现在，它们被改造成治疗和保护我们免受与疾病相关的蛋白质，比如与阿尔茨海默病相关的蛋白质。
这样的工程需要设计出具有极端靶向能力的抗体，这样它们就可以被引导到需要的地方并做需要的事情。用于治疗或实验的抗体通常取自免疫动物或巨大的抗体库。所以很难定做。
纽约特洛伊伦斯勒理工学院的Peter Tessier正致力于设计具有精确特性的抗体。通过在抗体中放置目标蛋白的DNA序列，Tessier可以设计出与特定蛋白质结合的抗体，比如与阿尔茨海默病有关的β -淀粉样斑块。进一步的研究可能会导致抗体的发展，识别和清除有毒颗粒之前，他们造成伤害。
