大腦解剖學(xué)與網(wǎng)絡(luò)
Wolfram Research的下一步努力將是讓生物學(xué)變得可計算，在這里很高興與大家分享我們最近發(fā)布的神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的內(nèi)容。
人類神經(jīng)系統(tǒng)最中心的部分是大腦。它包含大約 1 千億個神經(jīng)元，共同來處理信息，并按功能和結(jié)構(gòu)細(xì)分為特定的區(qū)域。大腦解剖學(xué)、神經(jīng)元的特征和認(rèn)知圖譜被用于表示功能組織的一些關(guān)鍵特性以及我們神經(jīng)系統(tǒng)的處理能力。我們新的神經(jīng)科學(xué)內(nèi)容將帶給你大腦、神經(jīng)元和認(rèn)知的事實(shí)，讓你有機(jī)會窺視這神奇的神經(jīng)科學(xué)世界。
大腦解剖學(xué)與網(wǎng)絡(luò)
大腦的基本部分，杏仁核（amygdala）是被廣泛研究的認(rèn)知區(qū)域，決定你的 EQ -情商指數(shù)噢！它在情緒狀態(tài)、記憶、臉部識別和決策中發(fā)揮著積極的作用（據(jù)說杏仁核越大，你的朋友圈越大，呵呵）。杏仁核靠近腦干，接近于大腦的中心且形如其名：
杏仁核的外部連接可以用'NeuronalOutput' 屬性找到：
下面是在兩層中杏仁核外面連接的可視化：
正如簡單的網(wǎng)絡(luò)一樣，我們可以在其他網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行額外的計算。像許多其他的生物系統(tǒng)一樣，我們的神經(jīng)系統(tǒng)可以接受正面以及負(fù)面的反饋。反饋是大腦信息處理的一個關(guān)鍵方面；它允許增加或減少傳遞的有效性，以及對由此得出的結(jié)果的微調(diào)。
找到上圖的回路并高亮顯示：
或找到包含杏仁核-前額葉皮質(zhì)的組合。前額葉皮質(zhì)在決策中起主要作用，因此杏仁核-前額葉皮質(zhì)連接在情緒體驗(yàn)的調(diào)節(jié)反應(yīng)中至關(guān)重要：
我們還可以識別杏仁核和脊髓之間的最低成本流量。脊髓處理來自大腦的信號并將其傳遞到身體的其他部分以激發(fā)運(yùn)動反應(yīng)：
還有值得注意的是，在中心神經(jīng)系統(tǒng)中除了大腦的連接，在我們的 AnatomyData 函數(shù)中還有周邊神經(jīng)支配。來自脊髓的運(yùn)動指令最終會傳到外圍。
找到支配左手的神經(jīng)：
使用 AnatomyPlot3D 函數(shù)進(jìn)行立體可視化：
神經(jīng)元特性
到目前為止，我們已經(jīng)看過我們神經(jīng)系統(tǒng)的宏觀圖片?，F(xiàn)在讓我們看看大腦的功能單位，神經(jīng)元。當(dāng)然，我們無法表征所有數(shù)十億的神經(jīng)元，但是幾百種類型的神經(jīng)元的關(guān)鍵特征在各種哺乳動物物種中非常相似；這些會被詳細(xì)考慮。
'神經(jīng)元'實(shí)體類型可用的各種屬性可用于單類神經(jīng)元的物理、電生理和空間特征：
我們可以得到在特定大腦區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元類型的信息。例如，我們可以得到海馬神經(jīng)元的列表，這與情緒狀態(tài)、短期到長期記憶的轉(zhuǎn)換和空間記憶的形成相關(guān)聯(lián)：
收集更多的細(xì)節(jié)，神經(jīng)元集合的列表，其軸突在海馬的 CA1 神經(jīng)纖維區(qū)域分叉：
神經(jīng)元傳輸電信號以便彼此通信。它們的尖峰的物理特征和模式，被稱為動作電位，在不同的神經(jīng)元類型之間是不同的。
我們可以獲得實(shí)驗(yàn)測量的海馬 CA1 錐體細(xì)胞的電生理特性：
這里我們可以可視化識別不同神經(jīng)元類型的尖峰特性：
基于涉及電壓和電流的四個微分方程，可以利用眾所周知的霍奇金（Hodgkin）和赫克斯利（Huxley）模型（A.L.Hodgkin和A.F.Huxley，1952）來模擬單個神經(jīng)元的尖峰傳播。此外，還有生物學(xué)上現(xiàn)實(shí)的計算模型，涵蓋霍奇金（Hodgkin）和赫克斯利（Huxley）的概念，旨在模擬神經(jīng)元群體中的尖峰（E.M.Izhikevich，2004）。我們可以更好地了解神經(jīng)元是如何通過對神經(jīng)元電峰進(jìn)行建模并將其活動模式與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行比較來激發(fā)/抑制彼此傳播信息的：
認(rèn)知圖譜
在看完大腦中的微觀特征后，最后讓我們來探索大腦的宏觀執(zhí)行功能。得益于影像技術(shù)的進(jìn)步，我們可以在各種認(rèn)知狀態(tài)下可視化大腦的活動，因此我們可以繪制與特定認(rèn)知過程相關(guān)的皮層區(qū)域。與特定功能（如記憶、決策、語言、情緒狀態(tài)、視覺感知等）相關(guān)的大腦區(qū)域可以用基于活動的功能性磁共振成像（ fMRI）分析進(jìn)行表征化。
使用具有 AnatomicalFunctionalConcept 實(shí)體類型的 EntityValue 查詢，我們可以找到有關(guān)分層分類的大腦活動的更多信息：
在這里, 我們可以查找與每個腦葉相關(guān)的功能類別, 并創(chuàng)建一個簡單的皮質(zhì)圖：
我們不僅有皮層圖的抽象表示；還有基于 fMRI的大腦活動統(tǒng)計圖。
讓我們來看看我們是如何感知視覺世界的。視覺感知的一個關(guān)鍵方面是認(rèn)知的子進(jìn)程（概念），因?yàn)槲覀兊拇竽X將我們視覺感知的臉部、地點(diǎn)、單詞、數(shù)字等等都用獨(dú)特的活動模式進(jìn)行歸類。下圖說明了這些概念是如何分層組織的。大腦活動的一些區(qū)域被高亮了（從后方看腦部圖像）：
好, 讓我們進(jìn)一步看看。視覺感知的詞、句子、臉部等會反過來影響 “語言” 和 “情感”:
我們可以確認(rèn)杏仁核 (記住, 在大腦中心附近可以找到左、右杏仁核 ) 高效地影響著你的情緒。如果你想了解更多與這些內(nèi)容相關(guān)的單個模型，也可以在 3D 多邊形數(shù)據(jù)中找到并利用我們的 AnatomyData 中的 3D 大腦模型一起做進(jìn)一步的計算。
這是與情感相關(guān)的大腦活動區(qū)域的 3D 圖形：
我們可以將該圖形與大腦模型結(jié)合在一起進(jìn)行視覺比較（杏仁核以紅色突出顯示；此處顯示右側(cè)大腦半球以方便演示）：
了解我們的大腦是如何組織的，以及它如何協(xié)調(diào)我們神經(jīng)系統(tǒng)的過程是很奇妙的。我們知道，人類的認(rèn)知還有很多需要學(xué)習(xí)，每天都有令人振奮的發(fā)現(xiàn)。隨著我們洞察力的增加，知識庫的不斷擴(kuò)大，我們可以更好和更深的了解人類的神經(jīng)系統(tǒng)。
不要走開噢，我們還會發(fā)布更多與神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的內(nèi)容！
想了解更多關(guān)于神經(jīng)科學(xué)的例子，請前往 Wolfram|Alpha 范例網(wǎng)站：
http://www.wolframalpha.com/examples/Neuroscience.html
http://www.wolframalpha.com/examples/Neurons.html
http://www.wolframalpha.com/examples/BrainAnatomy.html
http://www.wolframalpha.com/examples/AnatomicalFunctions.html
http://www.wolframalpha.com/examples/CognitiveTasks.html
