北京时间12月20日，浙江大学医学院马欢教授团队开展的关于大脑生物能量神经可塑性调控与认知衰老的研究成果，发表在国际学术期刊《科学》。
研究表明，机体衰老、发生神经退行性疾病时，大脑的认知能力随之变差。马欢团队发现，在这种情况下，神经活动-线粒体基因偶联也相应变弱。
“我们推测，是否可以通过提升神经活动-线粒体基因转录的效能来改善脑功能和认知衰老？”论文共同第一作者、浙江大学副研究员李雯雯说，在小鼠大脑进行的转基因操控支持这种可能性。当小鼠大脑的神经活动-线粒体基因偶联被抑制后，许多与衰老相关的神经病理性改变，如能量短缺和认知受损都会出现。
在此基础上，马欢团队设计了多种新型的靶向分子工具，对神经活动-线粒体基因转录进行精准改造和增强。实验发现，抑制小鼠的神经活动-线粒体基因偶联会导致其学习记忆失能。不过，在2个月时间内持续增强这一偶联机制，能够增强学习记忆过程中线粒体基因表达水平，提升大脑的生物能量，并在个体水平上显著改善小鼠大脑的认知功能。
“这为‘多思考’抗大脑‘衰老’提供了一定的理论依据。”李雯雯说。
对人体而言，大脑无疑是最核心的“信息处理系统”，主导着思维与意识，起到维持记忆和情感等关键作用。生命体通过一系列精细复杂的神经活动，“指挥”大脑高效地利用宝贵的生物能量，并以低能耗实现海量信息的并行处理与存储。这种能量调控机制是超级计算机和人工智能技术争相模仿的目标，也是当前人类科技尚未企及的巅峰。
生物脑的低能耗信息处理，能为制约人工智能发展的能源问题提供哪些启示？马欢团队还发现，不同于传统计算机的整体供能方式，哺乳类动物大脑采用了一种独特的“按需供能”策略，即在每个突触（数据节点）附近布置可被神经活动（信息处理）调控的线粒体“能量包”。信息处理过程中，线粒体通过突触活动驱动其基因转录和蛋白合成，实现神经元在信息交互的突触附近“局部”能量供给的可塑性调控。
“揭示生命体这种基本的信号偶联机制，可能是理解大脑可以高效低耗、并行处理复杂信息的关键，为当前高速发展的人工智能在增强信息处理能力的同时减少能耗，提供了全新的启示和发展方向。”马欢说。
北京时间12月20日，浙江大学医学院马欢教授团队开展的关于大脑生物能量神经可塑性调控与认知衰老的研究成果，发表在国际学术期刊《科学》。
研究表明，机体衰老、发生神经退行性疾病时，大脑的认知能力随之变差。马欢团队发现，在这种情况下，神经活动-线粒体基因偶联也相应变弱。
“我们推测，是否可以通过提升神经活动-线粒体基因转录的效能来改善脑功能和认知衰老？”论文共同第一作者、浙江大学副研究员李雯雯说，在小鼠大脑进行的转基因操控支持这种可能性。当小鼠大脑的神经活动-线粒体基因偶联被抑制后，许多与衰老相关的神经病理性改变，如能量短缺和认知受损都会出现。
在此基础上，马欢团队设计了多种新型的靶向分子工具，对神经活动-线粒体基因转录进行精准改造和增强。实验发现，抑制小鼠的神经活动-线粒体基因偶联会导致其学习记忆失能。不过，在2个月时间内持续增强这一偶联机制，能够增强学习记忆过程中线粒体基因表达水平，提升大脑的生物能量，并在个体水平上显著改善小鼠大脑的认知功能。
“这为‘多思考’抗大脑‘衰老’提供了一定的理论依据。”李雯雯说。
对人体而言，大脑无疑是最核心的“信息处理系统”，主导着思维与意识，起到维持记忆和情感等关键作用。生命体通过一系列精细复杂的神经活动，“指挥”大脑高效地利用宝贵的生物能量，并以低能耗实现海量信息的并行处理与存储。这种能量调控机制是超级计算机和人工智能技术争相模仿的目标，也是当前人类科技尚未企及的巅峰。
生物脑的低能耗信息处理，能为制约人工智能发展的能源问题提供哪些启示？马欢团队还发现，不同于传统计算机的整体供能方式，哺乳类动物大脑采用了一种独特的“按需供能”策略，即在每个突触（数据节点）附近布置可被神经活动（信息处理）调控的线粒体“能量包”。信息处理过程中，线粒体通过突触活动驱动其基因转录和蛋白合成，实现神经元在信息交互的突触附近“局部”能量供给的可塑性调控。
“揭示生命体这种基本的信号偶联机制，可能是理解大脑可以高效低耗、并行处理复杂信息的关键，为当前高速发展的人工智能在增强信息处理能力的同时减少能耗，提供了全新的启示和发展方向。”马欢说。
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