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最精确人类大脑地图绘出!97区域首查明(图)
[ 编辑:mop | 时间:2016-07-26 23:47:00 | 浏览:244次 | 来源: | 作者: ]
 

  大脑的运行原理就像生命起源一样,是人类的终极问题之一。就如同地球仪上描制的不同国家帮助我们了解我们在哪里以及国家之间的不同,现在科学家对于大脑皮层已经描绘出了这样的地图,每个半球的山峰和低谷一样的褶皱被分成180个独立的部分。这些区域在结构、功能和相邻部分的连接属性上都有明显的不同,它们其中的97个之前都没有被描述过,属于首次公布。这个迄今为止最全面最精确的人类大脑地图于7月20日在线发表在权威科学杂志《自然》上。

  这项研究由位于美国圣路易斯市的华盛顿大学一个研究小组完成,是奥巴马政府推进的人脑功能探索计划的其中一项。这一成果将成为大脑研究的基础,有望为人类衰老及脑部疾病研究做出贡献。  

  

  科研人员使用图像诊断设备详细调查大脑情况后,绘制出了按照结构和功能划分的大脑“地图”。图中,大脑的每个半球都分成了180个特定的皮层区,其中97个区域属于首次被查明。

  一直以来,科学家试图描绘出一幅包含人脑连接性、功能和微观结构的高清图谱,来更好地了解它如何作为一个整体工作。但由于技术难度过大,这一设想一直未能成真。目前,绝大多数的大脑图谱都从较小的人群中得来,仅涉及上述特性的一小部分,例如,最著名的脑图谱之一是根据组织中细胞的排列,将大脑皮层分为52个区域。这些限制导致大脑图谱“模糊不清”,且无法在个体间进行复制。

  在这项新研究中,华盛顿大学的生物学家马修·格拉塞(Mathew Glasser)、大卫·冯·埃森(David Van Essen)和他们的同事借助机器学习技术,利用核磁共振成像装置(MRI)对210名22-35岁的健康年轻人脑部进行了分析。

  之前的大部分脑地图是基于单一类型的测量来建立的。对大脑内部如何工作会提供不完全甚至是误导的见解。而新的脑地图是基于多个MRI。

  该大学的研究人员根据刺激大脑时的反应、结构以及神经的连接部位等多种信息,对大脑皮层进行了研究。这些参加测试的年轻人都来自人类连接组计划(Human Connectome Project)。

  始于2010年的人类连接组计划相当于人类基因组计划的大脑版,是一项耗资高达4000万美元的项目,旨在通过扫描1200名健康成年人的大脑,比较他们大脑各区域神经连接的不同,以及由此导致的认知和行为方面的个体差异,最终描绘出人类大脑的所有神经连接情况。

  这些信息包括大脑皮质厚度的测量、脑功能、区域之间的连接、脑组织细胞的局部定位和髓鞘(一种加速神经信号的脂肪物质)的水平。

  监督这项最新研究的华盛顿大学的神经生物学家大卫·冯·埃森介绍,这个大脑地图上每一个离散的区域是彼此不同的,正如不同的国家有明确的边界和独特的文化。新的地图根据物理上的差异(如皮质的厚度),功能上的区别(如区域对语言刺激做出的反应),和在该地区的连接的差异将左右大脑半球各分为180个区域。

  为了制作这张地图,大卫·冯·埃森和他的同事们结合了大脑皮层的厚度和神经“电缆”周围的绝缘层的厚度,并用MRI扫描大脑的静止状态和当大脑执行简单的任务时,例如听一个故事时的状态。

  结果发现有些区域清楚地包含在某些特定的任务中,比如55b会在一个人听到故事时活跃起来。其它的区域有的包含了一个人视野的地图,或者参与控制运动。大多数领域永远不会被确定成单一的功能,因为它们不只做一件事而是从很多不同的信号中协调信息。

  研究结果显示,能够感受到听觉、视觉及冷暖等外部环境的变化并作出反应的部位。在一共360个皮层区域中,有83个区域属于已知,剩下的97个区域是首次。准确绘制出分辨率较高的大脑地图是神经科学家的长年课题。

  据悉,新图谱还在另外210位独立被试者中得到了验证。研究人员称,虽然存在个体差异,但他们在新被试者中准确地辨别出了这些区域。

  论文作者称,科学家现在就能使用这一解剖框架,将其与其他人脑造影方法进行比较,在已被定义的大脑区域发现与功能和疾病相关的信息。这幅被称为“人类连接组计划多模态分区1.0版”的神经解剖图谱未来还会进一步改进和升级。由于几乎适用于所有人,新图谱有望首先在神经手术中获得应用。此外,通过与灵长动物对比,它还可能提供有关人类认知演化的新见解。

  相关论文发表在最新一期《自然》杂志上。

  对于这项研究的前景,新墨西哥大学的神经心理学家雷克斯·荣格(Rex Jung)评论说:“这项工作的重点是创造一个美好的、可靠的、平均的脑模板。它确实为进一步探索人类所独有的智力和创造能力提供了可能性。”

  但这个地图在某些重要方式上是有限的。比如它对于大脑的生化基础或者单个或小组类群的神经元活动很少有揭示。荣格解释说:“这好比对你的邻居和你的后院有可以由Google Earth地图显示。但是你不能真正看到你的邻居在周围如何走动,他们要去哪里或他们有什么样的工作。”

  《科技日报》总编辑分析称,本研究为大脑建立了一个基本模型,用直观可视化的方式,让疾病治疗和基础研究有了参考的标准。这只是一个意义重大的起步,相信这个模型会不断完善,让我们日益接近进化的奥秘。当然,要达成这个目标,就需要全世界科学家的参与,也需要更多志愿者的付出。  

  

  新的研究是否会让意念控制技术进一步完善呢?

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Tags:大脑 责任编辑:mop
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