图“说”大脑.pdf

　　一直以来，人们被自己的大脑深深吸引。这里千沟万壑，并且充满秘密，美国前总统奥巴马曾表示：“作为人类，我们能够确认数光年外的星系，能研究比原子还小的粒子，但仍无法揭示这个两耳间三磅重物质的奥秘。”

　　近几年，欧洲和美国、日本等国家和地区纷纷上马大型脑研究计划。包括数亿美元护航的美国“推进创新神经技术脑研究计划”、欧盟委员会将人脑工程选入“未来新兴旗舰技术项目”等等。

　　虽然一掷千金，但大脑仍是人们认识上的黑洞。不过，现状似乎在慢慢改变，部分源于一张神秘的“寻宝图”。

　　去年，美国圣路易斯华盛顿大学的科学家为人们呈现了一幅全新的脑图谱，这幅图描绘了近100个从未在先前的研究中报道过的人类大脑皮层区域。

　　“我们一直在讨论大脑、描绘大脑，现在甚至将它地图化了。”美国艾伦脑科学研究所首席执行官、脑科学家Allan Jones提到。

　　一直以来，学界都在试图描绘出一副准确、高清的人脑连接性、功能和微观结构图谱，但由于技术上的挑战，一直没有成功。

　　19世纪初，德国神经解剖学家Korbinian Brodmann曾首次绘制人类大脑皮层图谱。例如，Brodmann分区就是他提出的。这是一个根据细胞结构将大脑皮层划分为一系列解剖区域的分区系统。他鉴定出50多个区域，包括随后经证实参与视觉、语言和感觉加工的区域，而其中一些区域今天已经被细分，例如23区被分为23a和23b区等。

　　之后，科学家在20世纪晚期发现，可以采用非侵入的方式，追踪大脑血流，从而绘制出人类大脑中活动进行的区域图。

　　当圣路易斯华盛顿大学的Matthew Glasser开始研究大脑中语言区域之间的连接时，Brodmann绘制的图谱和它通常在神经成像中的使用方式让他感到沮丧。

　　Glasser说：“我们拿着那张100年前绘制的图谱，试着猜测大脑哪些区域与它们背后的神经通路相关联。我很快意识到我们需要一种更好的方法对正在研究的活体大脑中的区域绘制图谱。”

　　于是他们决定自己动手。“我们希望绘制人类大脑皮层地图是因为这是人类认知的中心区域。”Glasser在接受《高科技与产业化》记者专访时说。

　　幸运的是，在Brodmann绘制的图谱与他们绘制的图谱之间的100年里，很多其他大脑皮层图谱也被绘制出，这些图谱鉴定出50到200个不同的区域。

　　最终，Glasser、David Van Essen及同事根据210位健康的年轻成年人的多种脑成像数据，绘制出了一副精确的脑图谱——人类连接组计划多模态分区1.0版（HCP-MMP1.0）。

　　该研究采用了VanEssen领导的一项为期5年投入几百万美元的研究——人类连接组计划——产生的数据和方法。该计划利用一种强大的定制的MRI机器绘制出1200名年轻人的大脑图谱。而新研究通过确定大脑不同区域的界限而更准确地绘制出它们之间的连接，并对人类连接组计划作了补充。

　　他们将大脑的每个半球都分成了180个特定的皮层区，其中97个是第一次得到描述。研究人员通过在分析前准确地将这些大脑与一种共同的坐标系进行对齐，利用英国牛津大学开发出的一种算法和将可获得到的高质量MRI数据整合在一起，最终对之前绘制的图谱加以改进。虽然存在个体差异，但他们的方法仍在新被试者中准确地辨别出了这些区域。

　　“制作这样一幅图非常困难，我们研究了各种信息。这需要大量时间和耐心，但结果是值得的。”Glasser说。

　　无独有偶，加州大学伯克利分校的JackGallant及同事，描绘出了叙事性语言的含义在人类大脑中是如何分布的详细地图。

　　研究人员分析了包含不同语义范畴的口语叙事故事激发的大脑反应。七位参与者听超过两个小时的广播节目故事，研究者同时收集和对功能性核磁共振数据建模，绘制了人类大脑中语义信息功能呈现的地图。然后作者们使用算法分析每个地图的共有特点，绘制出语义地图集。

　　结果发现，语义系统广泛分布于两个半脑超过100个不同的区域的皮质上，分布模式十分复杂，但分布规律是一致的。

　　就像地理地图，大脑地图也为人们提供了一种用于探索与发现的工具。例如，大脑词语含义地图可能有助于人们深入了解语言的神经生物学基础。

　　“深入了解大脑皮层将能使神经学家更好地研究大脑在健康和疾病状态下的工作机理。”Glasser说。

　　实际上，更好的人脑图谱非常有用。现在，华盛顿大学神经外科医生在准备开展外科手术时，就已使用并不那么详细的个人大脑图谱，以避免伤害最为重要的大脑区域，如那些参与语言或运动功能的区域。

　　Van Essen曾表示，“我们能够说服《自然》将180个大脑区域中每个区域的200多页详细信息和我们用来对齐大脑和绘制这幅图谱的所有算法在线发布。我们认为它将最好地服务于科学界，如果科学家们能够有兴趣在他们的计算机屏幕上获得这些图谱并且在他们认为合适的地方进行深入研究的话。”

　　Glasser表示，目前他们尚未描绘大脑皮下结构的图谱，而这将是他们的未来研究重点。

　　“脑成像领域未来还有很长的路要走。目前使用的方法可能无法帮助我们完成整个大脑图谱的绘制，我们需要开发新方法，尤其是能校准不同人的大脑的方法。”Glasser说。