Frontiers for Young Minds - 少年審，少年閱，下一代科學啟蒙的燈塔。
Frontiers for Young Minds 創刊於 2013 年，是 Frontiers 專門為孩子們創辦的科學期刊，也是 Frontiers 花費多年心血培育的純公益項目。Frontiers for Young Minds 刊登的文章均來自一流科學家最前沿的研究，但是向此刊投稿時，作者需要用孩子的語言對文章進行改寫，隨後期刊會組織少年評審團（8-15歲）對文章進行評審並出具評審報告，評審通過後文章才可以發表。Frontiers for Young Minds 的運作模式和科技期刊完全相同，旨在從青少年時代即培養孩子們的科學思維，併為他們提供與世界一流科學家交流的機會。
Frontiers for Young Minds 發展至今已經獲得非凡的國際影響力，目前已有 10 多名諾貝爾獎獲得者在此刊發文，同時也與多個國際基金會、研究機構和出版界同行達成合作。
左圖：少年評審們 ；右圖：少年評審員與 Frontiers in Neuroscience 主編 Idan Segev 進行交流
截止到現在，Frontiers for Young Minds 內的文章閱讀量已經超過 400 萬次。有 1000 多位作者在這裡發表了文章，超過 2200 位少年評審參與到審稿過程中。你可以在這裡找到關於天文學、生物多樣性、地球科學、健康、數學以及神經科學的相關內容，當你在為孩子尋找有趣的英文讀物發愁時，Frontiers for Young Minds 也許是你絕佳的選擇。
發表在 Frontiers for Young Minds 上的部分文章
下面一篇關於神經科學的論文，是來自加州大學伯克利分校 Athina Tzovara 博士的研究成果，經過一個少年審稿小組評審後發表在 Frontiers for Young Minds 上。
昏迷的人，他們的大腦能對聲音作出反應嗎?
摘要
當一個人處於昏迷的狀態時，他們就失去了知覺，沒有辦法和其他人進行交流。他們不能說話，眼睛也是閉著的，看起來就像是睡著了。但是，一個昏迷的人，他的大腦可能還在繼續工作。大腦可能會“聽到”周圍的聲音：比如有人走近的腳步聲或者別人的講話聲。在這篇文章中，我們將瞭解如何測量昏迷患者的大腦活動以及昏迷患者的大腦對聲音的反應。醫生可以通過這些反應知道患者到底能不能從昏迷中醒過來。
當一個人昏迷時會發生什麼？
昏迷可能是由多種原因引起的，比如腦袋受到外傷、中風，或者可能因為溺水而導致的缺氧。昏迷的人躺在床上，閉著眼睛，與周圍環境沒有任何的交流。我們與昏迷的人交談時，得不到他們的回應，似乎對正在發生的一切都漠不關心。當一個人處於昏迷狀態時，這個人正處於所謂的無意識狀態。但是，昏迷患者的大腦仍然在工作嗎？
昏迷狀態下的人，他的大腦很有可能繼續在處理來自周圍環境的事件。比如，有人靠近時的腳步聲或與他們說話時的聲音。要測量昏迷狀態下人們的大腦活動，我們使用一種稱為腦電圖（EEG）的工具，這種工具通過將電極放在人的頭上，來幫助臨床醫生和研究人員測量大腦產生的電活動。大腦中有一種叫神經元的細胞，就是來記錄它們的活動情況。通過將電極放在人的頭上，我們可以測量腦細胞的電活動。
這些電極在一個蓋子裡。想象一下，就像一個游泳帽，上面有很多孔，將電極插入這些孔中並碰到頭皮。每次我們看到或者聽到一些東西的時時候，大腦中的神經元就開始跳舞，從而會改變我們用腦電圖在頭部測量時的電活動。腦電圖可以很輕易地就在患者的床上使用，而且不會讓患者感覺疼痛或不舒服，所以腦電圖經常用於研究昏迷患者的神經功能。
最重要的是，腦電圖可以幫助醫生根據他們的大腦功能診斷昏迷的嚴重程度。通常，昏迷患者會閉上眼睛，看不到周圍的情況，但是他們的耳朵會不斷接收來自外部的聲音。在有些情況下，昏迷患者的大腦可以是可以處理聲音的，比如別人對他們說話的聲音。昏迷患者可能聽不懂這些聲音，當醒來時也不記得這些聲音。儘管如此，他們的大腦仍可以在某種程度上接收和處理聲音。使用腦電圖時，我們可以研究昏迷患者的大腦是否對聲音做出了反應，即使這個患者無法與我們交流。最神奇的是，通過研究大腦對聲音的反應，醫生可以預測患者是否有可能醒過來，有時甚至可以確定患者甦醒後的神經系統狀況。
研究大腦對聲音的反應，預測昏迷患者的覺醒
導致昏迷的一種主要原因，是向大腦輸送的氧氣不足。像所有細胞一樣，我們的大腦細胞也需要氧氣才能正常工作。腦細胞從大腦循環的血液中吸收氧氣。如果心臟停止工作，氧氣無法到達大腦，逐漸就失去意識並陷入昏迷。昏迷患者的治療方法是降低體溫，來保護大腦免受過度傷害。患者在這種低體溫狀態下保持24小時，然後重新對身體加熱，使患者可以從昏迷中甦醒並恢復意識。
對於醫生而言，重要的是要有辦法知道哪些昏迷患者可能會醒來。這些信息將幫助他們為患者提供最佳治療，並讓患者家屬知道康復的可能性有多大。在大多數醫院中，都有臨床測試來找出哪些昏迷患者狀態不佳，但是很少可以預測患者何時醒來，準確的預測通常也具有較大的挑戰性。在我們的研究中，我們的目的是開發一種可以預測患者能否從昏迷中醒來的測試。對於這個測試，我們研究了昏迷患者的大腦的對於聲音的反應。我們給患者戴上耳機，並向他們播放聲音（圖1）。
圖1：（A）我們給昏迷患者播放了一系列的聲音。大多數時候，聲音是相同的（Standard）。有的時候，會換成了另外一種聲音（Deviant）。我們通過腦電圖的工具,測量昏迷患者對他們聽到聲音時的大腦反應。這樣我們就可以研究患者大腦對聲音的反應，以及它是否可以區分出標準（灰色）和異常（黃色）聲音。
（B）我們使用數學模型將大腦對不同類型聲音的反應進行分組。灰色和黃色圓圈分別是對標準聲音和異常聲音的響應組。然後，我們對這些小組進行研究，來確定患者的大腦是否可以區分標準音和異常聲音
我們播放的聲音是快速、有節奏的“滴滴”聲，就好像反覆敲擊手指時的那種感覺。當我們一次一次地播放同一種聲音，如果突然用另外一種聲音進行替換，你的大腦將對另一個聲音表現出“驚訝”的反應，因為這是一個令人意外的聲音。在我們的研究中，我們把這種重複的聲音稱為“標準音”，中間替換的聲音叫做“異常音“。圖1就是一個聲音示例，以灰色（標準音）和黃色（異常音）顯示。我們給患者播放這些聲音的同時，用腦電圖記錄他們的大腦活動，目標的是研究他們的大腦對一系列聲音的反應。
對於腦電圖測量到的大腦活動，我能可以用不同的顏色進行“繪製”，得到了像是這樣的圖（圖2）。圖上的不同顏色表示大腦被聲音激活的不同區域。由於每個患者的腦功能都不太相同，我們建立了一個數學模型來找到大腦對標準或異常聲音的反應模式，我們使用這些模式來衡量患者的大腦是否可以區分不同類型的聲音（圖1B）。我們在患者昏迷的第一天和第二天重複了兩次測試。第一次測試時，患者的體溫處於較低的狀態，而第二次，將體溫恢復到了正常。然後，我們總結出從第一天到第二天，患者的大腦對於分辨不同類型聲音的能力會有何變化。
圖2：可以看到，在昏迷的第一天，大腦對標準音和異常音的反應基本相同，因為顏色分佈非常的相似的。而到了第二天，可以發現患者大腦對標準音和異常音的響應有很大的區別，顏色分佈不再那麼相似。這表明從昏迷的第一天到第二天，患者的大腦對於分辨聲音的能力有所提高。在我們的實驗中，我們認為這種變化意味著患者可能會從昏迷中甦醒。果然，在我們播放聲音後的幾天裡，這位病人醒了。
腦電圖是昏迷患者大腦的一扇窗戶
這個研究中的所有患者都是完全昏迷的，他們的身體無法感知到周圍發生的大多數事情。他但是非常有趣的是，有幾名患者的大腦對我們播放的聲音做出了反應。大多數患者的大腦會顯示不同的顏色分佈，具體取決於播放的聲音是標準音還是異常音，這表明患者的大腦可以分辨出他們聽到的聲音。
從昏迷的第一天到第二天，我們測量了每個患者大腦分辨聲音的能力。只有後來從昏迷中醒來的患者，才能在兩天內顯示出大腦分辨聲音的能力得到改善。在圖2中，可以看到後來醒來的患者，他們腦電圖對標準音和異常音的反應。與第一天相比，患者的大腦能夠更好地辨別兩種聲音。幾天後，該患者從昏迷中醒來，可以和家人朋友進行交流。
結論與未來工作
腦電圖是一個非常神奇的工具，即便當一個人無法與我們交流時，它也可以讓你瞭解他的大腦功能。運用這項技術，我們發現昏迷患者的大腦可以對不同聲音做出反應。
在我們的研究中，我們使用了非常簡單的音符。在未來的實驗中，我們可以使用語音或音樂重新進行實驗。然後，我們可以推測大腦對語音的反應能力，是否預示患者有恢復意識的可能。
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