科學家將人類大腦分為180個不同區域 下一步的計劃又是什麼?

2020-11-26 生物谷

2016年8月4日 訊 /生物谷BIOON/ --在一項來自神經科學研究的爆炸性新聞中，最近來自美國的一組研究人員對人類的大腦外層結構—大腦皮層進行了繪製，研究者將人類大腦皮層分為180個不同區域；人類連接組計劃（human connectome project）是美國政府發起的一項繪製人類大腦結構和功能性連接的重大計劃，利用人類連接組計劃的相關數據，科學家們對210名健康年輕人的大腦進行分析，相關研究結果將是人類大腦的現代圖集，其中97個區域是此前研究者並未描述過的。

人類的大腦皮層是一種摺疊的大腦外層結構，其給予大腦一種典型「皺紋」樣的結構表現，大腦被分為左右兩個半球；我們都知道大腦皮層的特殊區域行使著不同的功能，位於中腦豎向凹槽中的主要體覺皮質區（primary somatosensory cortex）結構主要負責機體的觸覺感受。

我們關於大腦精細結構的大部分理解都源於對嚙齒類動物的研究，大鼠、小鼠和靈長類動物的大腦結構和人類大腦結構大部分相似，但又存在著明顯的差異；並不像嚙齒類動物那樣，人類大腦中有著較大面積的前額皮質結構，該區域主要負責高度的「行政職能」，比如決策制定等；我們可以通過語言進行交流，同樣我們大腦中還有著特殊的加工處理區域，這些區域可以幫助說話並且理解說話的意思。

功能性磁共振成像（fMRI）技術可以通過檢測血流改變來測定機體大腦的活性，而諸如此類技術的改善或可幫助我們以一種空前詳細的方式來對活體大腦進行實時成像。

古老神經科學研究的目標

對大腦圖譜進行繪製是幾個世紀以來科學家們的夙願，追溯到19世紀顱相學學科領域時，研究者認為個體的人格特質位於大腦的特殊部分中。一些研究支持者在相應的大腦區域測定了大腦的頭骨結構，從而來確定個體如何表現得有責任心、有仁慈心及好戰的？

一個多世紀以前，德國的解剖學家Korbinian Brodmann根據大腦每個區域中細胞的結構和組成將大腦分為多個特殊的區域，到目前為止，這些區域都是被人們廣泛接受的大腦特殊區域，即所謂的布勞德曼區(大腦皮層細胞結構分區)。

這項最新研究中，研究者利用不同MRI成像技術進行結合對結構和功能不同的大腦區域進行繪圖，這些區域看起來像物理結構，比如大腦皮質的厚度等，同時在進行特定任務期間被激活的大腦區域以及其活性表現都通其它區域的活性相協調一致。某些大腦區域主要和單一功能的發揮有關，比如視覺加工和運動區域等，但很多區域卻並不是這樣的；實際上科學家們還發現了當大腦處於休眠狀態時被激活的大腦區域網絡。

一個詳細的大腦圖譜—那又如何？

這項對大腦圖譜的最新繪製將是神經科學研究的一個重大標誌，最新的大腦繪製圖譜信息將為科學家們提供更多細節性的信息來幫其解析大腦控制行為的機制，以及大腦特殊區域的障礙為何會誘發大腦疾病的發生。嚙齒類動物的大腦圖譜來源於近交系的動物，這些動物在大腦解剖學上改變較少，而在人類大腦中單一改變非常常見；目前人類的左腦和右腦半球在解剖學結構上存在較大差異，從而就會使得不同年齡和性別個體大腦結構的差異。

比如近來對1400名個體的研究結果就發現，和記憶相關的大腦區域—左側海馬體結構，通常男性要大於女性。由於存在一定差異，科學家們歷來難以比較不同大腦成像研究產生的結果，同時他們也很難確定大腦成像掃描可以表現出相同大腦區域的活性；但如今對大腦區域的精確區分就可以使得科學家們進行更好地比較和研究了。

大腦圖譜的繪製對於神經外科研究領域有著較大的實用價值，當前外科醫生會利用一種立體定位系統（3D）來確定並且對大腦特殊區域進行操作，但這或許並不是理想的，因為不同個體的大腦結構並不相同，科學家們利用新的算法往往可以繪製出新的大腦圖集，而這或許會被用於個體化的圖譜繪製來幫助更加特殊精確地指導外科手術的進行。

未來的分類

未來研究者很有可能對大腦進行重新區分，將其分為超過180個區域的結構，隨著成像技術的改善，我們未來就可能在大腦組成和活性上發現更具特性的不同亞結構。

但是研究者仍然認為，某些新繪製出的大腦區域或許要更加晚於亞結構區域的發現，以主要體覺皮質區（primary somatosensory cortex）為例，大腦皮層是由軀體特定區域的亞結構區域組成，這些大腦區域同機體不同部分的感覺感受器點對點相對應。

目前不同的研究小組正在開始對不同大腦區域的基因組架構進行繪製，相關的研究發現或將幫助未來科學家們繪製出更加精細完整的人類大腦結構。（生物谷Bioon.com）

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參考資料：

【1】A multi-modal parcellation of human cerebral cortex

Nature    doi:10.1038/nature18933

【2】The Human Connectome Project

【3】What is FMRI?

【4】The brains of men and women aren’t really that different, study finds

Science  

【5】Neuronal subtypes and diversity revealed by single-nucleus RNA sequencing of the human brain

Science    DOI: 10.1126/science.aaf1204

【6】Mapping the brain: scientists define 180 distinct regions, but what now?

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