大航海時(shí)代已經(jīng)過去好長(zhǎng)時(shí)間了，但是至少還有一個(gè)領(lǐng)域仍然在很大程度上未被探索：人類大腦。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國華盛頓大學(xué)圣路易斯醫(yī)學(xué)院的研究人員繪制出新的迄今為止最為詳細(xì)的人類大腦皮層圖譜，其中皮層是大腦的最外層，也是參與感官知覺、注意力以及截然不同的人類功能如語言、工具使用和抽象思維的主要結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究結(jié)果于2016年7月20日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“A multi-modal parcellation of human cerebral cortex”。

對(duì)研究自閉癥、精神分裂癥、癡呆癥和癲癇等大腦疾病的科學(xué)家們而言，這幅新圖譜將一大福音。科學(xué)家們將能夠利用它理解患有這些疾病的病人的大腦與健康的成年人大腦之間的差異。它也將加快揭示出健康大腦的工作機(jī)制和闡明是什么讓我們成為一種如此獨(dú)特的物種。

研究人員使用了論文通信作者David Van Essen博士領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)為期5年投入幾百萬美元的研究---人類連接組計(jì)劃（Human Connectome Project）---產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和方法。人類連接組計(jì)劃利用一種強(qiáng)大的定制的MRI機(jī)器繪制出1200名年輕人的大腦圖譜。這項(xiàng)新的研究通過仔細(xì)地確定大腦不同區(qū)域的界限而能夠更加準(zhǔn)確地繪制出它們之間的連接而對(duì)人類連接組計(jì)劃作了有力的補(bǔ)充。

這幅新的圖譜基于物理差異（如皮層厚度）、功能差異（如哪些區(qū)域?qū)φZ言刺激作出反應(yīng)）和大腦區(qū)域連接上的差異，將左腦半球和右腦半球都劃分為180個(gè)區(qū)域。大腦繪圖學(xué)并不只是注意到這里有“山”那里有“河”，這是因?yàn)榇竽X大部分區(qū)域從表面上看起來是一樣的。這幅圖譜更像是一幅標(biāo)注出州界的地圖，而不只是展現(xiàn)出地形特征；從天空上看，最為重要的分界線不但是看不到的，而且看起來都是一樣的。

Van Essen說，“大腦并不像是一臺(tái)能夠支持任何一種操作系統(tǒng)和運(yùn)行任何軟件的計(jì)算機(jī)。不過，可以這么說，軟件（大腦如何工作）與硬件（大腦結(jié)構(gòu)）相關(guān)聯(lián)。如果你想要發(fā)現(xiàn)大腦能夠做什么，你不得不理解它是如此組裝的和連接的。”

研究人員繪制出大腦皮層的圖譜。大腦皮層在感覺、注意力、記憶、知覺、思想、語言和意識(shí)中發(fā)揮著重要作用。

19世紀(jì)頭10年，德國神經(jīng)解剖學(xué)家Korbinian Brodmann首次繪制人類大腦皮層圖譜。他鑒定出50個(gè)區(qū)域，包括隨后經(jīng)證實(shí)參與視覺、語言和感覺加工的區(qū)域。

將近一個(gè)世紀(jì)之后，當(dāng)論文第一作者M(jìn)atthew Glasser博士開始研究大腦中語言區(qū)域之間的連接時(shí)，Brodmann繪制的圖譜和它通常在神經(jīng)成像中的使用方式讓他感到沮喪。

Glasser說，“我們?cè)缜皩?duì)大腦中語言區(qū)域連接性的研究涉及拿著那張100年前繪制的圖譜和試圖猜測(cè)在Brodmann繪制的圖譜中，大腦哪些區(qū)域與它們背后的神經(jīng)通路相關(guān)聯(lián)。我很快意識(shí)到我們需要一種更好的方法對(duì)我們正在研究的活體大腦中的區(qū)域繪制圖譜?！?br>
為了繪制這幅新的圖譜，Glasser、Van Essen和同事們將來自210名健康的年輕人（男女性都有）的數(shù)據(jù)匯集在一起。研究人員將大腦皮層的厚度測(cè)量值、神經(jīng)連接周圍的絕緣程度與靜息時(shí)大腦MRI掃描結(jié)果以及執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)（如聽故事）時(shí)大腦的MRI掃描結(jié)果結(jié)合在一起。

Glasser說，“我們最終發(fā)現(xiàn)每個(gè)腦半球有180個(gè)區(qū)域，但是我們認(rèn)為這并不是最終的數(shù)字。在一些情形下，我們鑒定出一塊大腦皮層很可能能夠進(jìn)一步細(xì)分，但是我們利用我們當(dāng)前的數(shù)據(jù)和技術(shù)我們不能有把握地畫出分界線。在未來，開發(fā)更好方法的科學(xué)家們將能夠這個(gè)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分。我們著重關(guān)注我們有把握經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的分界線?！?br>
在這些區(qū)域中，有一些區(qū)域明顯參與特定的任務(wù)，如55b區(qū)域，當(dāng)一個(gè)人聽故事時(shí)，該區(qū)域就會(huì)有活動(dòng)。其他的一些區(qū)域涉及人的視野，或者說參與運(yùn)動(dòng)控制。大多數(shù)區(qū)域很可能從不會(huì)被鑒定出只有單個(gè)功能，這是因?yàn)樗鼈儾⒉恢皇亲鲆环N事情，相反會(huì)協(xié)調(diào)來自很多不同信號(hào)的信息。

在Brodmann繪制的圖譜與Glasser和Van Essen繪制的圖譜之間的100年里，很多其他大腦皮層圖譜也被繪制出，這些圖譜鑒定出50到200個(gè)不同的區(qū)域。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員通過在分析前準(zhǔn)確地將這些大腦與一種共同的坐標(biāo)系進(jìn)行對(duì)齊，利用英國牛津大學(xué)同事們開發(fā)出的一種算法和將可獲得到的高質(zhì)量MRI數(shù)據(jù)整合在一起，最終對(duì)之前繪制的圖譜加以改進(jìn)。研究人員也通過繪制出另外210名不同的健康年輕人的大腦皮層圖譜，證實(shí)他們的方法能夠應(yīng)用于個(gè)人。

結(jié)果就是研究人員繪制出一幅精確的圖譜，該圖譜具有非常清晰的分界線，和一種能夠確定個(gè)人大腦不同區(qū)域位置的算法，即便從皮層褶皺模式、皮層圖譜中區(qū)域的大小和形狀而言，每個(gè)人是非常獨(dú)特的。

Glasser說，“在過去，來自兩項(xiàng)不同的神經(jīng)成像研究中的結(jié)果是否涉及大腦同一個(gè)區(qū)域并不是總是清晰的。”通過利用這種新的圖譜和對(duì)齊算法，不同研究的結(jié)果可能能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行比較。

更好的個(gè)人大腦圖譜可能也是非常有用的。華盛頓大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生們當(dāng)在準(zhǔn)備開展外科手術(shù)時(shí)，就已使用并不那么詳細(xì)的個(gè)人大腦圖譜，以避免傷害最為重要的大腦區(qū)域，如那些參與語言或運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域。

個(gè)人大腦圖譜也可能指導(dǎo)神經(jīng)或精神疾病治療。比如，不同癡呆癥的特征是大腦不同區(qū)域發(fā)生神經(jīng)退化。臨床醫(yī)生們可能使用個(gè)人的大腦圖譜，針對(duì)受影響的區(qū)域開展個(gè)人化治療，或者監(jiān)控治療反應(yīng)。

就像古時(shí)的地圖制作者，大腦繪圖師主要為其他人提供一種工具用于探索與發(fā)現(xiàn)。

Van Essen說，“我們能夠說服Nature期刊將這每個(gè)腦半球180個(gè)大腦區(qū)域中每個(gè)區(qū)域的200多頁詳細(xì)信息和我們用來對(duì)齊大腦和繪制這幅圖譜的所有算法在線發(fā)布。我們認(rèn)為它將最好地服務(wù)于科學(xué)界，如果科學(xué)家們能夠有興趣在他們的計(jì)算機(jī)屏幕上獲得這些圖譜并且在他們認(rèn)為合適的地方進(jìn)行深入研究的話?！?br>
原始出處：A multi-modal parcellation of human cerebral cortex