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奇特大脑细节效果图 神经纤维排列如网络

日期:2012-04-02 0:32:52 来源:不详   【字体:

腾讯科技讯(过客/编译)奇妙的大脑效果图揭示了在这个复杂器官中的一种让人迷惑简单组织形式。神经纤维不是像意大利面条一样乱糟糟的在大脑内纵横,而是如这些图像所展示出来的,这些新的图片显示了二维平行神经纤维与其它的纤维直角交叉构成网格结构组织,这些组织随着大脑的脑回交叠和扭曲。

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大脑左半球的神经纤维组成的网格结构

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这是一幅猕猴大脑的扩散光谱核磁共振详细图片,展示出神经纤维直角交叉的三维结构

研究人员在周四的科学期刊中声称这种相同的形式出现在人类、恒河猴、夜猫猴、绒猴和夜猴的大脑中。哈佛医学院和麻省总医院的神经系统科学家Van Wedeen告诉《生命科学》记者道:“这种大脑纤维结构最终形成了一个三维的网格,而且是以这种特别简单的方式组成。这种三维交叉的模式是大脑组织的基本形式。”

西北大学认知神经科学和阿兹海默症研究中心的负责人Marsel Mesulam称:“大脑表层含有大约400亿颗神经细胞,每颗细胞都以科学家未知的模式制造出大约1000个节点。”Mesulam虽未参与到这项研究但却认为Wedeen的工作“非常令人兴奋”。Mesulam告诉《生命科学》记者道:“在哲学上和心里学上不再有基本问题,人类大脑在已知的世界中是最复杂的结构,而且它通过神经细胞相互传递信息工作。如果我们不能判定它们如何确定给谁传递信息以及它们互相传递什么信息,我们就不会理解大脑功能。”

借助一种自创的扩散光谱磁共振成像技术,Wedeen追踪了水分子沿着脑纤维交叉点(细胞投影构成了大脑的通讯网络)的运动,探寻每个交叉点大脑纤维的方向。Wedeen说:“结果非常让人吃惊,穿过跟踪的纤维的节点事实上非常的牢固,看起来像是所有平行的纤维都像梳子齿一样排列而且全都是从同一个方向穿过节点。”

动物研究已经表明这种大脑模式或许存在,而且研究人员们已经了解脊髓和脑干中的神经细胞是平行结构甚至在人类中存在垂直结构(考虑到长的神经纤维沿着躯干生长而且随后从脊椎中分出垂直的分叉)。Wedeen说:“如果让人在核磁共振成像扫描仪中超过45分钟左右就会让人觉得不舒服,因此无法获得人类大脑皮层纤维连接的高分辨率扫描图。出于那个原因,人类大脑连接的图片看起来就像是纠缠的意大利面。”

Wedeen和他的同事们扫描了四种灵长目已亡动物的大脑,这样它们的大脑就能够扫描长达48小时,而且使用了比传统核磁共振成像仪器分辨率高10倍的新设备对人类大脑进行扫描。研究人员们借助特殊的软件重新改造了大脑纤维路径的三维图像。Wedeen说:“观察了许多的物种,结果发现大脑模式本质上是类似的。当你分别研究了小脑容量和大脑容量的灵长类动物时,就会发现规则是一样的,但是拥有更多的层面更大更复杂的大脑应用更广泛。”

Wedeen说:“考虑到大脑在进化和生命中都要重新连线,从上到下、从前到后、从左到右的大脑组织更加合理。如果通讯组织混乱无序,那大脑就不工作了。这就像随意的重新为你的地下室布线,重大错误发生,房子烧毁了,你就会死去。”换句话说,改造一个仍然会让下一代存活的复杂大脑线路几乎是不可能的。如果你试着将一个意大利面条式的大脑转变成一个不同的意大利面条式的大脑,想象一下会发生什么事情,你会意识到你需要一个无法想象的聪明才智的设计师站在大脑上来重新连线。”

无论如何,拥有有序的网状结构进化会更加容易,比如说与我们的猴类亲属相比,我们人类增加了一个更加复杂的前脑。Mesulam说:“我们还需要进行更多的研究将Wedeen的成像方法与传统的神经解剖学方法联系起来确定研究结果。”Wedeen计划更加详细的补充大脑图,他说:“了解大脑结构和它的功能之间的关系同样很重要。了解大脑的典型结构将从根本上帮助科学家们理解当大脑出现老年痴呆症或者精神疾病等问题的时候会发生什么事情。假设有人带着他两岁的小孩到你面前而且说他的小孩就是不看他的眼睛。这是阿斯伯格综合症的征兆?还是只是一个个体的不同?你需要知道这是如何开始的,知道你一直在做什么。”

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