彌散張量成像技術顯示出腦部神經纖維連接點。
□本報特約撰稿 青草
迄今為止，我們所知道的大多數關於大腦的知識，都是基於我們對於當大腦內不同區域被損害時會發生什麼事情的觀察，卻很少有人能說清楚這些區域之間的相互關聯。
現在，科學家藉助最新科技終於摸清了人腦的主要迴路，並計劃在此基礎上製作出新一代大腦分區圖。不過，這只是繪製人腦迴路圖譜的第一步，後面的路還很長、很艱難。
最新發現
科學家繪出人腦圖
據美國每日科學網站 5月22日報導，美國喬治亞大學的研究人員繪製出了一幅很有發展前景的人腦圖譜（也稱「人腦迴路圖譜」），它可以成為了解身體這一最複雜、最關鍵器官內部運行情況的新嚮導。
研究人員希望，在該圖譜的基礎上，他們能夠繪製出新一代大腦分區圖，目前廣泛應用於臨床和科研領域的大腦分區圖還是德國解剖學家布羅德曼100多年前所繪製的。
喬治亞大學富蘭克林藝術和科學學院的助理教授劉天明（音譯）及其學生朱達江（音譯）和李開明（音譯）確定了腦部358個與記憶、視覺、語言及身體其他基本活動相關的界標。他們的這一研究結果刊登在4月份的《大腦皮層》雜誌上。
研究人員用彌散張量成像技術發現了這些界標，彌散張量成像是一種先進的神經成像技術，讓科學家可以看見腦部神經纖維連接點。與其他許多神經成像研究活動不同的是，他們所繪的圖譜不是只關注腦部的某一個區域，而是關注整個大腦皮層。
劉天明說：「此前，研究人員最多會對腦部的三四個小的網狀系統進行研究，我們則想研究整個腦部的連接狀況。」
新的人腦圖譜更清晰地展示了腦部不同區域之間的聯繫，以及這樣的聯繫與腦部基本功能之間的關係。劉天明領導的研究小組對數百名身體健康的年輕成年人進行了檢查，以確定界標的位置。研究人員說，這非常像全球定位系統（GPS），只不過這是人腦的「GPS圖」。
經過廣泛的測試與比較，研究小組認為這些界標存在於每一個正常的人腦中，這意味著它們可以作為那些受損大腦組織或功能的參照系。
接下來，劉天明和他的學生們打算將健康人腦與那些在母親子宮中就受到古柯鹼影響的兒童大腦加以比較，以測試大腦圖譜的準確性。因為，在出生以前就受到古柯鹼影響會對人腦迴路構成嚴重破壞，所以對受損人腦的分析將成為評估人腦圖譜有用性的絕好機會。
通過上述比較，研究人員希望準確定位人腦中負責物理或心理障礙的區域。「這些兒童的大腦都是完全錯亂的，」劉天明說，「我們首先在這種最糟糕的情形中測試人腦圖譜，然後就能知道它是否同樣適用於其它情形。」
一旦測試成功，劉天明希望人腦圖譜能夠用於很多其他涉及人腦迴路紊亂的疾病，比如老年痴呆症、帕金森症和中風等。「這的確是一種基礎技術，」劉天明指出，「我們確定這些界標之後，就可以很容易地將其用於其它大腦疾病的診斷與治療。」
人類壯舉
繪圖工程十分浩大
據悉，這是人類首次全面繪製大腦迴路圖譜的嘗試，將為人們了解大腦的正常運轉機制以及不正常運轉的原因奠定基礎。為此，美國國家衛生研究院總計撥款160萬美元，旨在資助研究人員在5年內摸清主要迴路。
人類的大腦是全宇宙中最複雜的構造之一。科學家早就知道大腦的哪個區域控制著哪一種功能，但他們一直不了解連接大腦不同區域的迴路。研究人員認為，這些迴路是了解每個人的大腦為何各不相同的關鍵。它們還可能幫助研究人員了解酗酒、自閉症、精神分裂症等疾病的根源。美國國家衛生研究院下屬的國家精神衛生研究所副所長麥可·許爾塔說：「我們很了解人類大腦和動物大腦的化學成分，對動物大腦中的迴路也有所了解，但對人類大腦中的神經迴路卻知之甚少。」
然而，繪製人腦迴路圖譜的工程將是非常浩大的。人腦中共有150萬億個突觸將900億個神經元連接在一起，負責在它們之間傳輸信號。每個神經元又有約1萬條連接，這些聯絡線構成了大腦中的迴路，使得大腦中的任意一個部分能夠與其他部分進行「交流」。人腦迴路圖譜要繪製的正是這些迴路。
研究人員表示，繪製出人類的大腦圖譜可能需要很長時間才能實現終極目標，即了解人類大腦的迴路、導致功能障礙的根源和相關疾病的治療方法。因為繪製出每條連接可能都需要數十年的時間，由此推算整個項目可能甚至需要上百年時間。此外，該項目預計將產生10的15次方字節的數據，將是一個極其龐大和複雜的資料庫。
因此，科學家計劃先完成最容易實現的目標：首先繪製出不同大腦區域之間的主線路圖，並揭示這些連接在不同個體之間的差異。不過即便如此，上述工作還是會產生一個前所未有的、更複雜的大腦結構解剖圖譜。
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人腦基因圖譜
去年4月，由微軟公司共同創始人之一保羅·艾倫出資成立的腦科學研究所的科學家繪製出了迄今最完整的人腦基因圖譜，為神經科學研究提供了重要的數據支撐。該圖譜提供的數據同樣可以被廣泛用於與帕金森症、精神分裂症、多發性硬化症甚至肥胖等與神經障礙和認知功能有關的疾病的研究，以及探究健康的大腦如何工作。
不過，與人腦迴路圖譜所體現出來的那種全球定位系統（GPS）作用不同，人腦基因圖譜確定了人腦中的1000個解剖點，指明了每個點上特定的基因表達和基本的生物化學特性。科學家能借用人腦基因圖譜探測人腦，釐清人腦遭受的疾病和損傷（包括生理損傷和精神健康疾病）對大腦特定區域的影響。科學家有望藉此準確定位出某種特定的藥物應作用於大腦的哪個區域並最終更好地控制很多療法的治療結果。
由於人腦基因的數量遠遠少於人腦迴路的複雜連接，因此人腦基因圖譜在工作量上與人腦迴路圖譜也是無法同日而語的。
另外，科學家還將相關數據編製成一個名為「艾倫人腦圖譜」的資料庫，該圖譜除了顯著標識出人類基因圖譜中的每個基因在大腦的何處表達之外，還涵蓋了大腦核磁共振成像（MRI）和磁共振彌散張量成像（DTI）提供的數據，供公眾自由免費訪問。這些數據顯示，人腦之間的相似度高達94%，至少82%的人類基因都會在大腦中表達。