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科学家将人类大脑分为180个不同区域

更新时间:2019-07-21 19:05:01

  在一项来自神经科学研究的爆炸性新闻中,近来自美国的一组研究人员对人类的大脑外层结构—大脑皮层进行了绘制,研究者将人类大脑皮层分为180个不同区域;人类连接组计划(human connectome project)是美国政府发起的一项绘制人类大脑结构和功能性连接的重大计划,利用人类连接组计划的相关数据,科学家们对210名韩国奇力片年轻人的大脑进行分析,相关研究结果将是人类大脑的现代图集,其中97个区域是此前研究者并未描述过的。

  人类的大脑皮层是一种折叠的大脑外层结构,其给予大脑一种典型“皱纹”样的结构表现,大脑被分为左右两个半球;我们都知道大脑皮层的特殊区域行使着不同的功能,位于中脑竖向凹槽中的主要体觉皮质区(primary somatosensory cortex)结构主要负责机体的触觉感受。

  我们关于大脑精细结构的大部分理解都源于对啮齿类动物的研究,大鼠、小鼠和灵长类动物的大脑结构和人类大脑结构大部分相似,但又存在着明显的差异;并不像啮齿类动物那样,人类大脑中有着较大面积的前额皮质结构,该区域主要负责高度的“行政职能”,比如决策制定等;我们可以通过语言进行交流,同样我们大脑中还有着特殊的加工处理区域,这些区域可以帮助说话并且理解说话的意思。

  功能性磁共振成像(fMRI)技术可以通过检测血流改变来测定机体大脑的活性,而诸如此类技术的改善或可帮助我们以一种空前详细的方式来对活体大脑进行实时成像。

  古老神经科学研究的目标

  对大脑图谱进行绘制是几个世纪以来科学家们的夙愿,追溯到19世纪颅相学学科领域时,研究者认为个体的人格特质位于大脑的特殊部分中。一些研究支持者在相应的大脑区域测定了大脑的头骨结构,从而来确定个体如何表现得有责任心、有仁慈心及好战的?

  一个多世纪以前,德国的解剖学家Korbinian Brodmann根据大脑每个区域中细胞的结构和组成将大脑分为多个特殊的区域,到目前为止,这些区域都是被人们广泛接受的大脑特殊区域,即所谓的布劳德曼区(大脑皮层细胞结构分区)。

  这项新研究中,研究者利用不同MRI成像技术进行结合对结构和功能不同的大脑区域进行绘图,这些区域看起来像物理结构,比如大脑皮质的厚度等,同时在进行特定任务期间被激活的大脑区域以及其活性表现都通其它区域的活性相协调一致。某些大脑区域主要和单一功能的发挥有关,比如视觉加工和运动区域等,但很多区域却并不是这样的;实际上科学家们还发现了当大脑处于休眠状态时被激活的大脑区域网络。

  一个详细的大脑图谱—那又如何?

  这项对大脑图谱的新绘制将是神经科学研究的一个重大标志,新的大脑绘制图谱信息将为科学家们提供更多细节性的信息来帮其解析大脑控制行为的机制,以及大脑特殊区域的障碍为何会诱发大脑疾病的发生。啮齿类动物的大脑图谱来源于近交系的动物,这些动物在大脑解剖学上改变较少,而在人类大脑中单一改变非常常见;目前人类的左脑和右脑半球在解剖学结构上存在较大差异,从而就会使得不同年龄和性别个体大脑结构的差异。

  比如近来对1400名个体的研究结果就发现,和记忆相关的大脑区域—左侧海马体结构,通常男人要大于女性。由于存在一定差异,科学家们历来难以比较不同大脑成像研究产生的结果,同时他们也很难确定大脑成像扫描可以表现出相同大脑区域的活性;但如今对大脑区域的精确区分就可以使得科学家们进行更好地比较和研究了。

  大脑图谱的绘制对于神经外科研究领域有着较大的实用价值,当前外科医生会利用一种立体定位系统(3D)来确定并且对大脑特殊区域进行操作,但这或许并不是理想的,因为不同个体的大脑结构并不相同,科学家们利用新的算法往往可以绘制出新的大脑图集,而这或许会被用于个体化的图谱绘制来帮助更加特殊精确地指导外科手术的进行。

  未来的分类

  未来研究者很有可能对大脑进行重新区分,将其分为超过180个区域的结构,随着成像技术的改善,我们未来就可能在大脑组成和活性上发现更具特性的不同亚结构。

  但是研究者仍然认为,某些新绘制出的大脑区域或许要更加晚于亚结构区域的发现,以主要体觉皮质区(primary somatosensory cortex)为例,大脑皮层是由躯体特定区域的亚结构区域组成,这些大脑区域同机体不同部分的感觉感受器点对点相对应。

  目前不同的研究小组正在开始对不同大脑区域的基因组架构进行绘制,相关的研究发现或将帮助未来科学家们绘制出更加精细完整的人类大脑结构。

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