【腦客中國·科研】周昌松：大腦的分層模塊化組織-分離，整合及其在個體認知能力中的平衡

2023年8月16日晚20點，香港浸會大學物理系教授、系主任周昌松教授作為腦客中國科研第112位講者為大家帶來主題為《大腦的分層模塊化組織：分離，整合及其在個體認知能力中的平衡》的報告。以下為直播內容節選：

感謝北京師范大學徐鵬飛老師的邀請，很高興有這樣一個機會加入到咱們腦客中國。在網上參與直播的老師和同學， 大家晚上好。

今天我想借這個機會跟大家分享的是我們最近一些工作，分析大腦結構和功能網絡里非常突出的多層次模塊化的組織如何支撐我們大腦功能的分離整合，以及在認知能力里的平衡。 這個工作主要是跟一個非常杰出的年輕老師，西安科技大學王龍，一起完成的工作。也跟一些心理認知的老師合作， 包括前不久腦客中國里有報告的余榮軍老師。

在開始給大家分享我們的課題之前，給大家稍微介紹一下我們的總研究課題。

1研究差別

剛才主持人介紹我是以物理學為背景來進到腦科學這方面的研究，主要關注的是復雜的腦活動。 在物理背景的人來看，腦科學研究里邊大家都非常感興趣的是神經動力學是怎么樣引起認知功能和行為的 ？但在認知神經科學里面，比較關注的是外界刺激是怎么樣引起行為上的反應。

我們知道在大腦里邊，存在很多種大腦活動和狀態。有一個估計說我們大腦里邊正常代謝活動有95%實際上自發的。這樣一些活動，它的功能意義不是特別清晰。 從物理科學的角度，這些活動應該是一種我們叫自組織出來非常復雜的活動。 但很多心理認知過程可能更多把它看作是一種隨機的特征或者噪聲。 所以我們有很大的興趣是進一步認識神經動力學產生的機理，還有它在這些功能里邊的意義。

2動態復雜系統—大腦

在物理科學領域里面，我們有種叫做非線性動態復雜系統的概念。 我們大腦里有個突出的特點，就是神經元作為一個處理單元，它有很強的叫非線性。 而且我們有近百億個神經元，自由度非常多，這些神經元之間的連接以及腦區之間的連接是非常復雜的。

從物理科學統計物理的角度，這樣一個非線性的系統耦合在一起，就會出現所謂涌現現象，不僅單個神經元的活動可以非常無規則， 回路層次的腦活動也非常的復雜，包括有很多震蕩和波。

3研究方向

這個是引起我們興趣進入到神經系統領域來的基礎。我們小組這些年就是從這種動態系統的分析和建模來分析大腦中復雜的腦連接和活動。 我們關注大腦有很多層次，也關注局部回路的一些動力學模式怎么樣影響到信息的處理？ 再大一點的尺度，就腦區之間的腦網絡，可以跟影像學數據結合起來，我們這邊也可以有模型。然后在更大尺度，就是人群里面有個體的一些差異。

我剛才提到我們的核心思想就是這種復雜的動力學，它實際上是網絡相互作用產生的，它可能可以表征不同的腦的狀態，然后會影響到我們信息處理。

在這樣的一個思想的指引下，我們有所發現。 比如說局部回路讓我們理解單個神經無規則發放是怎么樣作用到肌群；腦波是如何統一起來，而且可以在能耗非常少的情況下實現神經系統這么龐大的一個系統。

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