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最新的神经科学研究,将大脑皮质划分成原来两倍的单元

2024-04-24 221

大脑一直以来都是人类最神秘也最有趣的器官,人类自古以来不断的用大脑创造无限的可能,但却仍然不能解开大脑的秘密,人类的脑中依旧充满未知。然而,科学家仍不断的探索大脑的秘密。

最新的研究中,科学家扫描超过 400 人的大脑,将大脑皮质(cortex)分成多达 180 个部分,比原先的划分方式多了 97 种。这项成果也在近日发表于知名科学期刊 Nature,并将其实验数据结果公开于网络平台上。

大脑皮质是包在大脑较外侧的部分,表面充满了皱褶,是认知、感觉及动作的处理中心。几个世纪以来科学家用各种不同方式区分描绘大脑,而这次的重新定义却有着重要的意义,是现代神经学一次明确而有经过试验、有根据的定义划分。

这项成果是是从美国主导的人类联结体合作计划(the Human Connectome Project, the HCP project)进行至今所得的成果。这个计划是为了解开人类大脑的秘密,希望可以借此了解人类大脑如何影响行为。

来自英国伦敦皇家学院的 Emma Robinson 博士是这篇研究论文的共同作者,也属于牛津大学研究团队的一员。她在研究过程中建立了研究中用来分析大量数据的程式系统。这套系统是整个计划中的精华,也是研究团队一直以来努力的目标。

虽然资讯科技十分发达,但仍有其限制。研究团队中来自美国圣路易斯华盛顿大学的 Matthew Glasser 及 David Van Essen 就以人工方式,为每个大脑区域进行标记,同时结合研究中各个不同方向的研究成果,收集高品质的图像并且随着技术进步不断与时俱进。

研究团队长期收集来自 210 人的大脑扫描资料,累积大量不同形式的资讯,最终得以结合各种资讯为大脑半球内各个部分重新定义,并附加许多有价值的研究资讯。

 

将大脑想成立体拼图

研究团队收集得到的资讯并不是直接能够分析运用,首先,研究团队必须考量到大脑的生理特性,例如在大脑皮质内所侦测到的髓鞘(myelin,包覆在神经纤维外圈状的绝缘构造)总量,或者大脑皮质内褶皱及厚度的种种差异。在研究过程中,研究团队同时也参考了大脑各区域的活动状况。研究人们在进行特定活动或不同状态之下,大脑的状态和活跃区域的差异,以及大脑各区域内互相合作协调的情形。

利用电脑资讯自动计算分析所区分出 180 个大脑区域,再分别以 210 个人的脑测试以确认结果。虽然个体之间的些微差异是无可避免的,但是研究团队仍然尽力将人脑的细节一一在图谱上标记呈现。

另一位也参与了 HCP 计划,来自牛津大学的神经资讯学家 Tim Behrens 教授虽然并非这项研究的作者之一,但他形容这项研究成果非常令人震撼,因为尽管有非常多人曾经做过脑区划分的研究工作,但这项研究的高精准度仍然有着非凡的价值与意义。在这篇论文中对于划分出来的 180 个大脑区块各个分别详细描述,每个区块的功能和解剖学上的特性都有详细记述,并且和先前的文献互相对应。这么多年来没有人能够做得那么好。

德国杜塞尔多夫大学(University of Dusseldorf)研究脑部构造与运作的 Simon Eickhoff 教授认为这项研究所做的脑区划分将会被所有神经科学领域中所使用。他在 BBC 访问中形容这项新的脑区图谱带有非常丰富而多元的资讯,对神经科学来说是很大的一步进展。

这项研究中对于各个脑区的描述可以说是现今可用资料中最有用的。但他认为该论文中划分出的 97 个新区域不一定是最佳划分,因为先前的脑部图谱,即便追溯到 19 世纪时,当时的研究就已经做出全脑图谱,并且在大脑皮质每个部分都有标记,也就是说,大脑的每个部分都早已被检查过了。

Behrens 教授表示,这项研究势必改变人们对人脑的某些观念,因为人脑再也不是被粗糙的区分为不太明确的 50 个部分。当科学家获得越来越多的资讯,我们就能区分出大脑中更细小的结构。或许,我们可以开始将大脑想成立体拼图的形式,而不是以往一概而观的称之为大脑。其中每一片拼图有不同的功能、行为以及构造,互相协调合作才使我们的感觉、认知行为顺畅且多元。

  • Brain map carves cortex into twice as many areas

(首图来源:BBC)

2019-03-15 14:31:00

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