在一項(xiàng)來(lái)自神經(jīng)科學(xué)研究的爆炸性新聞中,最近來(lái)自美國(guó)的一組研究人員對(duì)人類(lèi)的大腦外層結(jié)構(gòu)—大腦皮層進(jìn)行了繪制,研究者將人類(lèi)大腦皮層分為180個(gè)不同區(qū)域;人類(lèi)連接組計(jì)劃(human connectome project)是美國(guó)政府發(fā)起的一項(xiàng)繪制人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)和功能性連接的重大計(jì)劃,利用人類(lèi)連接組計(jì)劃的相關(guān)數(shù)據(jù),科學(xué)家們對(duì)210名健康年輕人的大腦進(jìn)行分析,相關(guān)研究結(jié)果將是人類(lèi)大腦的現(xiàn)代圖集,其中97個(gè)區(qū)域是此前研究者并未描述過(guò)的。
人類(lèi)的大腦皮層是一種折疊的大腦外層結(jié)構(gòu),其給予大腦一種典型“皺紋”樣的結(jié)構(gòu)表現(xiàn),大腦被分為左右兩個(gè)半球;我們都知道大腦皮層的特殊區(qū)域行使著不同的功能,位于中腦豎向凹槽中的主要體覺(jué)皮質(zhì)區(qū)(primary somatosensory cortex)結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)機(jī)體的觸覺(jué)感受。
我們關(guān)于大腦精細(xì)結(jié)構(gòu)的大部分理解都源于對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物的研究,大鼠、小鼠和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的大腦結(jié)構(gòu)和人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)大部分相似,但又存在著明顯的差異;并不像嚙齒類(lèi)動(dòng)物那樣,人類(lèi)大腦中有著較大面積的前額皮質(zhì)結(jié)構(gòu),該區(qū)域主要負(fù)責(zé)高度的“行政職能”,比如決策制定等;我們可以通過(guò)語(yǔ)言進(jìn)行交流,同樣我們大腦中還有著特殊的加工處理區(qū)域,這些區(qū)域可以幫助說(shuō)話并且理解說(shuō)話的意思。
功能性磁共振成像(fmri)技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)血流改變來(lái)測(cè)定機(jī)體大腦的活性,而諸如此類(lèi)技術(shù)的改善或可幫助我們以一種空前詳細(xì)的方式來(lái)對(duì)活體大腦進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。
古老神經(jīng)科學(xué)研究的目標(biāo)
對(duì)大腦圖譜進(jìn)行繪制是幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)科學(xué)家們的夙愿,追溯到19世紀(jì)顱相學(xué)學(xué)科領(lǐng)域時(shí),研究者認(rèn)為個(gè)體的人格特質(zhì)位于大腦的特殊部分中。一些研究支持者在相應(yīng)的大腦區(qū)域測(cè)定了大腦的頭骨結(jié)構(gòu),從而來(lái)確定個(gè)體如何表現(xiàn)得有責(zé)任心、有仁慈心及好戰(zhàn)的?
一個(gè)多世紀(jì)以前,德國(guó)的解剖學(xué)家korbinian brodmann根據(jù)大腦每個(gè)區(qū)域中細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和組成將大腦分為多個(gè)特殊的區(qū)域,到目前為止,這些區(qū)域都是被人們廣泛接受的大腦特殊區(qū)域,即所謂的布勞德曼區(qū)(大腦皮層細(xì)胞結(jié)構(gòu)分區(qū))。
這項(xiàng)最新研究中,研究者利用不同mri成像技術(shù)進(jìn)行結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)和功能不同的大腦區(qū)域進(jìn)行繪圖,這些區(qū)域看起來(lái)像物理結(jié)構(gòu),比如大腦皮質(zhì)的厚度等,同時(shí)在進(jìn)行特定任務(wù)期間被激活的大腦區(qū)域以及其活性表現(xiàn)都通其它區(qū)域的活性相協(xié)調(diào)一致。某些大腦區(qū)域主要和單一功能的發(fā)揮有關(guān),比如視覺(jué)加工和運(yùn)動(dòng)區(qū)域等,但很多區(qū)域卻并不是這樣的;實(shí)際上科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了當(dāng)大腦處于休眠狀態(tài)時(shí)被激活的大腦區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。
一個(gè)詳細(xì)的大腦圖譜—那又如何?
這項(xiàng)對(duì)大腦圖譜的最新繪制將是神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)重大標(biāo)志,最新的大腦繪制圖譜信息將為科學(xué)家們提供更多細(xì)節(jié)性的信息來(lái)幫其解析大腦控制行為的機(jī)制,以及大腦特殊區(qū)域的障礙為何會(huì)誘發(fā)大腦疾病的發(fā)生。嚙齒類(lèi)動(dòng)物的大腦圖譜來(lái)源于近交系的動(dòng)物,這些動(dòng)物在大腦解剖學(xué)上改變較少,而在人類(lèi)大腦中單一改變非常常見(jiàn);目前人類(lèi)的左腦和右腦半球在解剖學(xué)結(jié)構(gòu)上存在較大差異,從而就會(huì)使得不同年齡和性別個(gè)體大腦結(jié)構(gòu)的差異。
比如近來(lái)對(duì)1400名個(gè)體的研究結(jié)果就發(fā)現(xiàn),和記憶相關(guān)的大腦區(qū)域—左側(cè)海馬體結(jié)構(gòu),通常男性要大于女性。由于存在一定差異,科學(xué)家們歷來(lái)難以比較不同大腦成像研究產(chǎn)生的結(jié)果,同時(shí)他們也很難確定大腦成像掃描可以表現(xiàn)出相同大腦區(qū)域的活性;但如今對(duì)大腦區(qū)域的精確區(qū)分就可以使得科學(xué)家們進(jìn)行更好地比較和研究了。
大腦圖譜的繪制對(duì)于神經(jīng)外科研究領(lǐng)域有著較大的實(shí)用價(jià)值,當(dāng)前外科醫(yī)生會(huì)利用一種立體定位系統(tǒng)(3d)來(lái)確定并且對(duì)大腦特殊區(qū)域進(jìn)行操作,但這或許并不是理想的,因?yàn)椴煌瑐€(gè)體的大腦結(jié)構(gòu)并不相同,科學(xué)家們利用新的算法往往可以繪制出新的大腦圖集,而這或許會(huì)被用于個(gè)體化的圖譜繪制來(lái)幫助更加特殊精確地指導(dǎo)外科手術(shù)的進(jìn)行。
未來(lái)的分類(lèi)
未來(lái)研究者很有可能對(duì)大腦進(jìn)行重新區(qū)分,將其分為超過(guò)180個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu),隨著成像技術(shù)的改善,我們未來(lái)就可能在大腦組成和活性上發(fā)現(xiàn)更具特性的不同亞結(jié)構(gòu)。
但是研究者仍然認(rèn)為,某些新繪制出的大腦區(qū)域或許要更加晚于亞結(jié)構(gòu)區(qū)域的發(fā)現(xiàn),以主要體覺(jué)皮質(zhì)區(qū)(primary somatosensory cortex)為例,大腦皮層是由軀體特定區(qū)域的亞結(jié)構(gòu)區(qū)域組成,這些大腦區(qū)域同機(jī)體不同部分的感覺(jué)感受器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
目前不同的研究小組正在開(kāi)始對(duì)不同大腦區(qū)域的基因組架構(gòu)進(jìn)行繪制,相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)或?qū)椭磥?lái)科學(xué)家們繪制出更加精細(xì)完整的人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)。