最新的神經科學研究,將大腦皮質劃分成原來兩倍的單元

作者 | 發布日期 2016 年 08 月 13 日 12:00 | 分類 生物科技 follow us in feedly

大腦一直以來都是人類最神祕也最有趣的器官,人類自古以來不斷的用大腦創造無限的可能,但卻仍然不能解開大腦的秘密,人類的腦中依舊充滿未知。然而,科學家仍不斷的探索大腦的秘密。



最新的研究中,科學家掃描超過 400 人的大腦,將大腦皮質(cortex)分成多達 180 個部分,比原先的劃分方式多了 97 種。這項成果也在近日發表於知名科學期刊 Nature,並將其實驗數據結果公開於網路平台上。

大腦皮質是包在大腦較外側的部分,表面充滿了皺褶,是認知、感覺及動作的處理中心。幾個世紀以來科學家用各種不同方式區分描繪大腦,而這次的重新定義卻有著重要的意義,是現代神經學一次明確而有經過試驗、有根據的定義劃分。

這項成果是是從美國主導的人類聯結體合作計畫(the Human Connectome Project, the HCP project)進行至今所得的成果。這個計畫是為了解開人類大腦的秘密,希望可以藉此了解人類大腦如何影響行為。

來自英國倫敦皇家學院的 Emma Robinson 博士是這篇研究論文的共同作者,也屬於牛津大學研究團隊的一員。她在研究過程中建立了研究中用來分析大量數據的程式系統。這套系統是整個計畫中的精華,也是研究團隊一直以來努力的目標。

雖然資訊科技十分發達,但仍有其限制。研究團隊中來自美國聖路易斯華盛頓大學的 Matthew Glasser 及 David Van Essen 就以人工方式,為每個大腦區域進行標記,同時結合研究中各個不同方向的研究成果,收集高品質的圖像並且隨著技術進步不斷與時俱進。

研究團隊長期收集來自 210 人的大腦掃描資料,累積大量不同形式的資訊,最終得以結合各種資訊為大腦半球內各個部分重新定義,並附加許多有價值的研究資訊。

 

將大腦想成立體拼圖

研究團隊收集得到的資訊並不是直接能夠分析運用,首先,研究團隊必須考量到大腦的生理特性,例如在大腦皮質內所偵測到的髓鞘(myelin,包覆在神經纖維外圈狀的絕緣構造)總量,或者大腦皮質內褶皺及厚度的種種差異。在研究過程中,研究團隊同時也參考了大腦各區域的活動狀況。研究人們在進行特定活動或不同狀態之下,大腦的狀態和活躍區域的差異,以及大腦各區域內互相合作協調的情形。

利用電腦資訊自動計算分析所區分出 180 個大腦區域,再分別以 210 個人的腦測試以確認結果。雖然個體之間的些微差異是無可避免的,但是研究團隊仍然盡力將人腦的細節一一在圖譜上標記呈現。

另一位也參與了 HCP 計畫,來自牛津大學的神經資訊學家 Tim Behrens 教授雖然並非這項研究的作者之一,但他形容這項研究成果非常令人震撼,因為儘管有非常多人曾經做過腦區劃分的研究工作,但這項研究的高精準度仍然有著非凡的價值與意義。在這篇論文中對於劃分出來的 180 個大腦區塊各個分別詳細描述,每個區塊的功能和解剖學上的特性都有詳細記述,並且和先前的文獻互相對應。這麼多年來沒有人能夠做得那麼好。

德國杜塞道夫大學(University of Dusseldorf)研究腦部構造與運作的 Simon Eickhoff 教授認為這項研究所做的腦區劃分將會被所有神經科學領域中所使用。他在 BBC 訪問中形容這項新的腦區圖譜帶有非常豐富而多元的資訊,對神經科學來說是很大的一步進展。

這項研究中對於各個腦區的描述可以說是現今可用資料中最有用的。但他認為該論文中劃分出的 97 個新區域不一定是最佳劃分,因為先前的腦部圖譜,即便追溯到 19 世紀時,當時的研究就已經做出全腦圖譜,並且在大腦皮質每個部分都有標記,也就是說,大腦的每個部分都早已被檢查過了。

Behrens 教授表示,這項研究勢必改變人們對人腦的某些觀念,因為人腦再也不是被粗糙的區分為不太明確的 50 個部分。當科學家獲得越來越多的資訊,我們就能區分出大腦中更細小的結構。或許,我們可以開始將大腦想成立體拼圖的形式,而不是以往一概而觀的稱之為大腦。其中每一片拼圖有不同的功能、行為以及構造,互相協調合作才使我們的感覺、認知行為順暢且多元。

(首圖來源:BBC) 

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