對包括人類在內的130個哺乳動物的大腦進行MRI掃描表明連通性相等

2020-08-23 老鐵一起嗨

研究人員進行了首次同類研究，旨在研究130個哺乳動物物種的大腦連通性。有趣的結果與普遍的猜想相牴觸，表明在包括人類在內的所有哺乳動物中，大腦的連通性水平是相等的。

科研人員發現大腦的連通性，即通過神經網絡傳遞信息的效率，並不取決於任何特定大腦的大小或結構。

換句話說，所有哺乳動物的大腦，從微小的老鼠到人類，再到大型公牛和海豚，都表現出同等的連通性，並且信息在其中的傳播效率相同。

他們還發現，大腦通過特殊的補償機制保持了這種平衡。

當半球之間的連通性較高時，每個半球內的連通性相對較低，反之亦然。

該論文發表在《自然神經科學》上。

腦部連通性是一個關鍵特徵，對大腦的功能至關重要。

許多科學家認為，與其他動物相比，人腦的連通性要高得多，這可能是對人類超強功能的解釋。

另一方面，科研人員知道關鍵特徵在整個進化過程中都得到保留，例如，所有哺乳動物都有四肢。

在這個項目中，他們希望探討大腦連通性可能是此類關鍵特徵的可能性，無論大小如何，所有哺乳動物都可以保持或大腦結構，為此，我他們使用了先進的研究工具。

該項目開始於對約130種哺乳動物的大腦進行高級擴散MRI掃描，每種哺乳動物代表不同的物種，從死動物中取出所有大腦，對本研究而言，沒有對動物實施安樂死。

從金龍獸醫學院獲得的大腦代表了各種各樣的哺乳動物，從重達10克的小蝙蝠到海豚的體重可以達到數百公斤。

由於這些哺乳動物中大約100種的大腦以前從未進行過MRI掃描，因此該項目生成了一個新穎且全球唯一的資料庫，還以相同的方式掃描了32名活著的人的大腦。

這項獨特的技術能夠檢測大腦中的白質，從而使研究人員能夠重建神經網絡：通過其傳遞信息的神經元及其軸突（神經纖維）。

下一個挑戰是比較不同類型動物的掃描，這些動物的大腦的大小和結構差異很大。

為此，研究人員使用了網絡理論的工具，該理論是數學的一個分支，使他們能夠創建並應用統一的大腦電導率度量標準：一條消息必須穿越的概要數目，才能從神經網絡中的一個位置到達另一個位置。

哺乳動物的大腦由兩個半球組成，它們通過一組傳遞信息的神經纖維（軸突）相互連接。

對於掃描的每個大腦，科研人員測量了四個連通性度量標準：每個半球的連通性（半球之間的連通性），兩個半球之間的連通性（半球之間的連通性）以及整體連通性。

他們發現，所有大型或大型哺乳動物的整體大腦連通性均保持不變。

換句話說，信息通過相同數量的突觸從一個位置傳播到另一位置，但是，不同的大腦使用不同的策略來保持對整體連通性的這種均等度量：某些大腦表現出較強的半球間連通性和半球之間的連通性較弱，

科研人員發現連通性補償的變化不僅表徵了不同物種，而且表徵了同一物種內的不同個體。

與相同物種的其他物種相比，某些大鼠、蝙蝠或人類的大腦表現出更高的半球間連通性，但以半球內部的連通性為代價，反之亦然。

不同類型的大腦連接性可能會影響各種認知功能或人類能力，例如運動、音樂或數學，這些問題將在未來研究中解決。

這項研究揭示了一條普遍規律：大腦連接性的守恆。

該法則表明，在包括人在內的所有哺乳動物中，大腦神經網絡中信息傳遞的效率都是相同的。

他們還發現了一種補償機制，可以平衡每個哺乳動物大腦中的連通性。

這種機制可確保特定區域內的高連通性。

可能通過某些特殊才能（例如運動或音樂）表現出來的大腦總是被大腦另一部分相對較低的連通性所抵消。

在未來的項目中，他們將研究大腦如何補償與特定能力和學習過程相關的增強連通性。

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