一支國際科研小組最近創建出首張完整的大腦網絡地圖，它的精細程度無與倫比。該圖反映了人類大腦皮層中負責高等思維的數百萬神經纖維，如何相互連接和“交談”。更為重要的突破是，研究人員從中確定出了一個大腦單一網絡核心(network core)，它對于左右腦半球的工作都至關重要。新研究標志著人類在理解自身最復雜和最神秘器官上的一大進步，相關論文發表在6月30日的《公共科學圖書館?生物學》(PLoS Biology)上。
圖片說明：科學家得到了首張完整的高清晰度人類大腦皮層地圖，并從中確定出了單一的網絡核心。(圖片來源：Indiana University)
進行該項研究的科學家來自美國印第安那大學、哈佛大學醫學院、瑞士洛桑大學和洛桑聯邦理工學院等機構院所。他們在文章中不僅提供了大腦連接的綜合地圖，同時也描述了一種新型無創技術，以便其他科學家能夠將構建數萬億大腦神經聯系的高清晰地圖工作進行到底。這已經成為了一個新的科學領域——“神經連接組學”(connectomics)。
論文作者之一、美國印第安那大學的神經學家Olaf Sporns說，“新的研究是構建大規模大腦計算模型，進而幫助科學家理解一些難以觀測的過程(比如疾病狀態和損傷修復)的最初一步。”
科學家大都利用功能核磁共振成像(fMRI)技術測定感覺或認知過程中的大腦活動性區域，但卻對產生這種活動性的深層解剖學因素所知甚少。此外，科學家對大腦神經纖維連接和路徑的認識大都來自動物研究，到目前為止，還沒有一張人類大腦聯系的完整地圖。
在最新研究中，研究人員利用先進的擴散核磁共振技術(Diffusion MRI)對人類大腦進行成像，這種無創成像技術主要依據水分子在腦組織中的擴散來評估神經纖維連接的軌道。而該技術的高敏感度變種——擴散光譜成像(diffusion spectrum imaging，簡稱DSI)，則能夠描述通過某一位置的多重神經纖維的定向性。最新研究正是將該技術應用于整個人類大腦皮層，才得到了其中數百萬神經纖維的網絡地圖。
進一步的計算分析表明，人類大腦皮層中存在著對神經連通性起中樞作用的區域，研究人員形象地將其稱為大腦的“集線器”(hub)。令人驚訝的是，研究表明所有受試者的大腦都擁有單一的高度密集連接的結構核。
Sporns表示，“我們發現該結構核位于大腦皮層的中央后部，它同時騎跨著左右腦半球。這是以前人們不知道的。”而接下來的問題就是新的大腦連接網絡是否負責塑造著大腦的動態活動性。為了驗證這一點，研究人員利用fMRI和DSI兩種方法檢驗了5位受試者的大腦，并比較觀測到的大腦活性與深層神經纖維網絡間的接近度。
Sporns說，“結果表明，它們關系十分緊密。我們可以測定出了大腦解剖學和大腦動力學的顯著相關性。這意味著如果知道大腦如何連接，我們就能預測它將做什么。”
研究人員正打算對更多的人類大腦進行檢測，以期得到不同發育階段、年齡以及疾病中的大腦連通性。(科學網 任霄鵬/編譯)
(《公共科學圖書館?生物學》(PLoS Biology)，6(7): e159 doi:10.1371/journal.pbio.0060159，Patric Hagmann, Olaf Sporns)
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