2、计算神经科学：探索大脑奥秘的前沿领域

计算神经科学：探索大脑奥秘的前沿领域

1. 神经科学与计算神经科学概述

神经科学是一门旨在理解神经系统，尤其是大脑的科学领域。来自解剖学、生理学、医学、物理学、生物学、生物化学、遗传学、心理学、数学和计算机科学等不同学科的研究人员都在对大脑进行研究。神经科学是一个具有挑战性的领域，需要跨越学科界限，多学科科学家的共同努力对于理解大脑至关重要。此外，神经科学还催生了神经教育学、神经伦理学、神经法学、神经美学和神经营销学等其他学科。

计算神经科学是神经科学中日益重要的一个分支，它采用数学模型、理论分析和对大脑的抽象来研究大脑。计算神经科学致力于提出并验证关于大脑机制的假设。由于模型往往难以进行解析分析，因此需要通过精心设计的数值实验将模型与实验数据进行对比。数据驱动的计算神经科学利用从不同来源获取的数据所学习到的统计和计算模型，这些数据来源包括神经元的电活动、神经元的共聚焦显微镜图像、神经元群体的记录、全脑的磁共振成像或帕金森病患者的微阵列数据等。模型经过评估后可用于做出预测，但这些预测必须经过实验验证。

2. 大脑的多层次组织

2.1 多尺度组织

大脑是一个复杂的系统，其功能和结构组织具有空间和时间尺度的层次结构。虽然目前对于心智与大脑之间的关系还知之甚少，但了解大脑的结构及其组织原则是必要的第一步。大脑的组织层次从分子和细胞水平到网络、系统和行为不等，所有这些层次共同构成了认知的物理和生物学基础。而且，任何给定尺度内的结构都是模块化的。

神经科学家通常根据他们主要研究的组织层次进行分类，但这些层次并非独立的领域，应该追求它们的概念整合。因此，所有神经科学家都应该对大脑在不同尺度上的功能有基本的了解。尽管在实验研究