陈轶翔/编译

新型脑图谱展示大脑组织运作方式

陈轶翔/编译

探索时代早已过去，但至少还有一个领域在很大程度上仍属未知：即人类大脑。位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的研究者们研发设计的一种新型详细的脑图谱，展示了大脑皮层的景象，大脑皮层即最外层大脑，参与感知和注意力控制的主导性结构，同时在语言、工具使用和抽象思维等人类独有的功能方面发挥着重要作用。

该新型脑图谱对一个正常人大脑的诸多功能进行了细致入微的界定区分，将有助于脑部疾病的研究，如自闭症、精神分裂症、痴呆和癫痫等。利用该脑图谱，科学家可以分析理解上述脑疾病患者的大脑同健康成人大脑相比之间的差异。另外，还可以加快对健康大脑运作模式的破解，帮助阐明究竟是什么使人类成为一个如此独特的物种。

该研究成果论文发表于7月20日的《自然》杂志上，论文题目为：人类大脑皮层的多模式划分。论文的作者是大卫·范·埃森（David Van Essen）博士、马修·格拉瑟（Matthew Glasser）、科尔森·汤姆斯（Coalson TS）、罗宾逊·埃迪森（Robinson EC）、哈克·辛迪（Hacker CD）、哈韦尔·约翰逊（Harwell J）、雅各布·尤金（Yacoub E）、尤格比尔·凯特（Ugurbil K）、安德森·约翰（Andersson J）、贝克曼·克利夫（Beckmann CF）、詹金森·马克（Jenkinson M）和史密斯·斯诺（Smith SM）。他们与明尼苏达大学和牛津大学共同协作，进行了耗资数百万美金、为期五年的人脑连接组计划，研究者们借鉴了该计划的数据及方法。人脑连接组计划利用一个强大的、定制的核磁共振机，为1 200名青年人的大脑绘制新型脑图谱。通过对大脑区域进行仔细描绘，可以更加准确地辨别各个区域彼此之间的联系。

按照物理差别（如皮质厚度），功能差别（如对语言刺激产生回应的区域），以及各区域之间联系的差别，新型脑图谱将左右大脑半球各自分成180个区域。脑图谱的绘制不像是地图上的山在这里、河在那里那么简单，因为大脑的大部分表面上看起来是一样的。与标注地形要素的地图相比，脑图谱更类似于标注国界线的地图；国界线从空中是看不到的，但仍然是极其重要的。

神经科学特聘教授范·埃森说：“电脑可以支持任何操作系统，运行任何软件。大脑则不同。相反，可以这么说，大脑如何运作（软件）与大脑的结构（硬件）是密切相关的。如果你想弄清楚大脑能做什么，就必须了解大脑是如何组织的，各部分是怎样联系的。”

研究者们绘制了大脑皮层的图谱，大脑皮层就像一张皱巴巴的纸一样，包围着大脑的一层神经组织，对于注意力、记忆、知觉、思想、语言和意识都发挥着重要的作用。

马修·格拉瑟博士，作为研究团队成员之一，细致入微地绘制了人类大脑皮层图谱。该图谱有助于脑部疾病的研究，如自闭症、精神分裂症、痴呆和癫痫。

一位德国的神经解剖学家科尔比尼恩·布洛德曼（Korbinian Brodmann），于20世纪初首次绘制了人类大脑皮层图谱。他确认了50个区域，其中包括后来被证实参与视觉、语言及感觉处理的区域。

马修·格拉瑟博士，细致入微地绘制了人类大脑皮层图谱

差不多一个世纪之后，这项新研究成果的主要作者，马修·格拉瑟博士开始研究大脑中负责语言的各区域之间的联系，而布洛德曼的脑图谱及其通常被应用于神经影像的方式，很快使格拉瑟感到很沮丧。

格拉瑟说：“对于大脑中负责语言的各区域之间的联系，我早期的研究工作涉及布洛德曼的脑图谱，并尝试去猜测该脑图谱各区域与其中神经路径之间的关系。我很快发现，显然需要一种更好的办法来绘制我们所研究的成人大脑皮层的各区域。”

为了达到这一目的，格拉瑟、范·埃森及同事们收集了210位健康男女青年的数据。利用核磁共振机对休息时的大脑及执行简单任务时（如听故事）的大脑进行扫描，研究者们将大脑皮层的厚度与神经元周围的绝缘量二者联系在一起。

格拉瑟说：“最终我们将大脑左右半球各自分成180个区域，但我们仍认为这也许不是最后的数据。在某些情况下，我们发现了一块也许可以细分的大脑皮层，但鉴于当前的数据和技术，我们还无法确定无疑地对其进行细分。未来研究者们将利用更好的方法来细分那一区域。我们则关注那些确信可以经得过时间考验的划分区域。”

其中有的区域显然涉及一些特殊性任务，如55b涉及到人听故事时的大脑神经活动。也有的区域涉及人的视觉范围或是控制运动。大多数区域被确认涉及不止一项功能，因为每个区域不是只做一件事情，而是协调整合来自很多不同信号的信息。

自布洛德曼的脑图谱到如今格拉瑟和范·埃森的脑图谱，中间经历的一个世纪中，还有研究者们绘制的许多其它的大脑皮层图谱，展示的区域数量自50至200不等。研究者们从以下方式对之前的脑图谱进行改善：在分析之前先准确地用一个共同协调体系与大脑相匹配，利用由牛津大学同事研发的一个运算法则，加入核磁共振机可获得的最高质量的数据。通过绘制210位健康青年的大脑图谱，研究者证实，上述方法可应用于个体大脑图谱的绘制。

尽管每个人在大脑皮层褶皱、脑皮质图的区域大小及形状方面都是独一无二的，但研究者们绘制的新型脑图谱颇具精确性，有异常清晰的界线以及能够在个体大脑中进行区域定位的运算法则。

格拉瑟说：“在过去，通常无法明确两个独立的神经影像研究结果是否涉及同一区域。”但通过利用新型脑图谱和定位运算法则，可以将独立的研究结果更准确地进行比较。新型个体脑图谱是非常有用的。华盛顿大学的神经外科医师们在准备外科手术时，已经开始使用个体脑图谱，目的是要避免损坏脑部最重要的区域，如那些涉及到语言或运动机能的区域。

个体脑图谱还可以指导治疗神经或精神疾病。例如，不同类型的痴呆，是以大脑不同区域的退化为特征的。临床医师可以利用个体脑图谱，基于受到损伤的脑部区域，进行个性化治疗，或监测治疗效果。

像旧时的制图师一样，脑图谱的绘制者们主要是在提供一种工具供他人探索发现时使用。

范·埃森说：“我们能够说服《自然》杂志把以下内容置于网络上，脑图谱划分的左右半脑各180个区域的200多页的详细信息以及我们用来匹配大脑并绘制脑图谱的所有运算法则。我们认为，如果研究者能够对这些脑图谱深入了解、探索并加以利用，这将为科学界提供最好的服务。”

这项研究工作得到了美国国立卫生研究院和惠康基金会的支持。其中有16个美国国立卫生研究院的下属机构和中心通过“美国国立卫生研究院神经科学研究蓝图”，支持人脑连接组计划。

[资料来源：wustl.edu][责任编辑：遥醒]