【脑客中国·科研】周昌松：大脑的分层模块化组织-分离，整合及其在个体认知能力中的平衡

2023年8月16日晚20点，香港浸会大学物理系教授、系主任周昌松教授作为脑客中国科研第112位讲者为大家带来主题为《大脑的分层模块化组织：分离，整合及其在个体认知能力中的平衡》的报告。以下为直播内容节选：

感谢北京师范大学徐鹏飞老师的邀请，很高兴有这样一个机会加入到咱们脑客中国。在网上参与直播的老师和同学， 大家晚上好。

今天我想借这个机会跟大家分享的是我们最近一些工作，分析大脑结构和功能网络里非常突出的多层次模块化的组织如何支撑我们大脑功能的分离整合，以及在认知能力里的平衡。 这个工作主要是跟一个非常杰出的年轻老师，西安科技大学王龙，一起完成的工作。也跟一些心理认知的老师合作， 包括前不久脑客中国里有报告的余荣军老师。

在开始给大家分享我们的课题之前，给大家稍微介绍一下我们的总研究课题。

1研究差别

刚才主持人介绍我是以物理学为背景来进到脑科学这方面的研究，主要关注的是复杂的脑活动。 在物理背景的人来看，脑科学研究里边大家都非常感兴趣的是神经动力学是怎么样引起认知功能和行为的 ？但在认知神经科学里面，比较关注的是外界刺激是怎么样引起行为上的反应。

我们知道在大脑里边，存在很多种大脑活动和状态。有一个估计说我们大脑里边正常代谢活动有95%实际上自发的。这样一些活动，它的功能意义不是特别清晰。 从物理科学的角度，这些活动应该是一种我们叫自组织出来非常复杂的活动。 但很多心理认知过程可能更多把它看作是一种随机的特征或者噪声。 所以我们有很大的兴趣是进一步认识神经动力学产生的机理，还有它在这些功能里边的意义。

2动态复杂系统—大脑

在物理科学领域里面，我们有种叫做非线性动态复杂系统的概念。 我们大脑里有个突出的特点，就是神经元作为一个处理单元，它有很强的叫非线性。 而且我们有近百亿个神经元，自由度非常多，这些神经元之间的连接以及脑区之间的连接是非常复杂的。

从物理科学统计物理的角度，这样一个非线性的系统耦合在一起，就会出现所谓涌现现象，不仅单个神经元的活动可以非常无规则， 回路层次的脑活动也非常的复杂，包括有很多震荡和波。

3研究方向

这个是引起我们兴趣进入到神经系统领域来的基础。我们小组这些年就是从这种动态系统的分析和建模来分析大脑中复杂的脑连接和活动。 我们关注大脑有很多层次，也关注局部回路的一些动力学模式怎么样影响到信息的处理？ 再大一点的尺度，就脑区之间的脑网络，可以跟影像学数据结合起来，我们这边也可以有模型。然后在更大尺度，就是人群里面有个体的一些差异。

我刚才提到我们的核心思想就是这种复杂的动力学，它实际上是网络相互作用产生的，它可能可以表征不同的脑的状态，然后会影响到我们信息处理。

在这样的一个思想的指引下，我们有所发现。 比如说局部回路让我们理解单个神经无规则发放是怎么样作用到肌群；脑波是如何统一起来，而且可以在能耗非常少的情况下实现神经系统这么庞大的一个系统。

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