最新版精准大脑皮层地图亮相Nature,竟分180个区
2016/07/22
华盛顿大学医学院的研究人员在7月20日的Nature上发布了一个详细的新地图来勾画大脑皮层——这个大脑的最外层和包括在感知和注意力的主要结构。左右大脑半球被分成了180个区域。


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。这个新的大脑地图于7月20日在线发表在Nature上。

监督这项研究的华盛顿大学的神经生物学家David Van Essen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分为180个区域。

分而治之

神经生物学家一直试图把大脑分成更小的部分,来更好地了解它如何作为一个整体工作。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。最近,人们已经使用如功能性磁共振成像这样的MRI技术,来检测不同的心理状态时人的血流流动状况。

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。

为了构建脑地图,华盛顿大学医学院的神经生物学家Mathew Glasser运用了从210名参与人脑连接组计划(the Human Connectome Project)的健康的年轻成年人中收集的影像数据。人脑连接组计划是美国政府资助的,对大脑的结构和功能连接进行地图绘制的倡议。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。

为了制作这张地图,Glasser, Van Essen和他们的同事结合了大脑皮层的厚度和神经“电缆”周围的绝缘层的厚度,并用核磁共振成像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。

该技术证实了83个以前报道的脑区的存在,并确定了97个新的。科学家们通过在另外的210个人的大脑中寻找这些区域来测试他们的脑地图。他们发现地图是准确的,但是区域的大小存在人和人之间的差异。这些差异能为了解认知能力和疾病风险的个人差异提供新见解。

有限的观点

新墨西哥大小的神经心理学家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。Jung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。”

Glasser说:“我们认为这是版本1。这并不意味着它是最后的版本,但它是一个比以前我们有过的更好的脑地图。”

有用的新地图

更好的大脑个人地图可能是非常有用的。在地图没有那么多细节时,华盛顿大学的神经外科医生就已经用它来准备手术,避免参与语言或运动功能的这些重要区域的损失。

个人大脑地图也可以指导神经系统或精神疾病的治疗。例如不同类型的老年痴呆症,是以不同的大脑区域的退化为特征的。临床医生可以根据受影响的区域,或监测治疗的反应来使用个人脑图进行个性化治疗。

就像原来的图,这个新的脑图主要是为了人们的探索和发现提供工具。

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