脑神经科学家绘制出迄今为止最完整的大脑区域地图

通过检测大脑皮层,接近 100 个此前未知的大脑区域被展现了出来。

想象一个旋转的地球仪和一副世界地图:它们能够帮助我们理解我们所处的位置,和不同国家之间的区别。现在,神经科学家们也绘制了一个类似的大脑皮层地图——将每个脑半球区域的山-谷型的褶皱通过 180 个独立的模型表示出来。

其中 97 个区域此前从来没有被描绘过,它们彼此在结构、功能和连接方式上显示出明显差异。这幅新的大脑地图今天被发表在《自然》杂志上。

地图上的每个离散区域都包含具有在结构、功能和连接方式上相似的细胞。但是这些区域彼此之间又不尽相同,就像不同的国家之间有着明确的边界和独特的文化,主导这个研究项目的华盛顿大学医学院神经学家 David Van Essen 说。

神经科学家们一直都在试图将大脑分割成更小的块以便更好地理解它是如何工作的。此前最著名的大脑地图之一也仅仅是基于组织中细胞的排列方式将大脑皮层分成 52 个区域。最近,也有科学家尝试使用磁共振成像技术构建大脑地图,例如功能磁共振( functional MRI),测量了血液在不同思维活动中的流动。

然而直到现在,大多数这样的地图都是基于单一类型的测量。新加坡国立大学计算神经科学家 Thomas Yeo 说,这导致了我们对大脑内部运转机制的认识不充分或误导性理解 。而这份新地图是基于多重的核磁共振测量, Yeo 说这「极大地增加了我们对做出最好的活体脑皮层测评的信心。」

分而治之,各个击破

为了构建地图,由华盛顿大学医学院神经科学家 Mathew Glasser 领导的团队使用了从 210 位健康年轻人那里收集而来的成像数据,这些人参加了人脑连接组项目(Human Connectome Project),此项目是美国政府资助的旨在绘制大脑结构和功能连接。需要测量的信息包括皮层厚度的测量,大脑功能,不同脑区的连接,大脑组织中细胞的形态学结构,髓磷脂(一种脂肪物质,加速了神经信号的传递)水平。

Glasser 在大脑皮层中寻找有两种以上特性发生改变的区域,并利用这些在地图上勾画出边界。他说,「如果你摸索皮层表面,在某些地方你会找到开始改变自身特性的位置,而且在同一位置,很多独立的属性会发生变化。」技术手段确认了以前报道过的 83 个脑区是存在的,并发现了 97 个新的脑区。通过在另外 210 个人中寻找这些脑区,科学家测验了他们的地图。他们发现,地图是精确的,但是,不同个体的相应脑区的大小是变化不定的。这些差异可能为认知能力和疾病风险等方面的个体差异提供新的洞见。

视野有限

「这份工作的焦点在于创建一个优美的,可靠的,平均状态的大脑模型,它真的为我们更进一步探索个人禀赋与智慧和创造能力的独特交叉融合创造了可能性——也就是探索让我们成为独一无二的那些东西。」阿尔伯克基新墨西哥大学的神经心理学家 Rex Jung 说。

但是,从某些重要方面来看,大脑地图是有局限性的。一方面,关于大脑的生物化学基础——或者关于单个神经元或一小群神经元的活动,它只揭示了很少信息。「这类似于奇妙的谷歌地图,你可以看到你后院的邻居,」 Jung 说,「然而,你不能真正地看到你的邻居是如何移动的,他们正要走向何处或者他们的工作是什么。」

「我们考虑把这张图当作版本 1.0 ,」 Glasser 说,「这不意味着它是最终版本,但是它是迄今为止我们得到的最好的脑图。」

本文选自:Nature,作者:Linda Geddes,机器之心编译;

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