由美國聖路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)醫學院的神經科學家領銜的研究小組,於7月20日在著名科學期刊《自然》(Nature)發表論文宣布,他們已繪製出迄今為止最全面、最精確的人類大腦圖譜,每個腦半球被細分為180個大腦皮層(Cerebral Cortex)區域,其中有97個區域從未在此前的相關研究中被描述過。
人類大腦皮層是包裹在大腦外側的褶皺狀結構,屬於腦和整個神經系統在演化上最晚出現、功能最高級的部分。大腦皮層的重要特徵是功能分區,即左右兩個腦半球各自的不同區域在功能上有所分化,比如大多數人類的語言、邏輯等主要由左腦掌管,而右腦則負責形象思維和情感等。
這種分區最早由德國神經科醫生 Korbinian Brodmann 於上世紀初提出,他的分區系統包括每個半球各52個區域,這一系統至今仍被廣泛使用。儘管 Brodmann 分區後來被不斷細分,但其精度和全面性仍然被認為不夠理想。科學家們一直試圖描繪出一幅包含人腦連接性、功能和微觀結構的高清圖譜,但由於技術難度過高,這一設想的實現延宕至今。
這個新的圖譜讓人腦不再那麼神秘,不僅僅是因為它繪製出了以前未知的區域,還因為科學家們設計出的機器學習程式,可以為任何大腦重建新圖譜,這將在大腦研究和治療方面幫助到其他科學家和醫生。
聖路易斯華盛頓大學的 David Van Essen 和 Matthew Glasser 等科學家藉助近幾年人工智能領域非常熱門的機器學習(Machine Learning)方法,利用來自「人腦連接組計劃」(Human Connectome Project)的210位健康年輕成人的大腦磁振造影(MRI)掃描數據,終於繪製出了這幅史上最為精確的人腦圖譜。
開始於2010年的人腦連接組計劃被認為是人類基因組計劃的「大腦版」,參與機構除了聖路易斯華盛頓大學外,還包括美國明尼蘇達大學(University of Minnesota)、英國牛津大學(Oxford University)等。這項耗資4000萬美元的計劃旨在通過掃描1200名健康成人大腦,比較他們大腦各區域神經連接的不同以及由此導致的認知、行為等方面的個體差異,以完整描繪出人腦神經連接的機制。
這幅全新的大腦圖譜在另外210位獨立被試者身上也得到了驗證。研究人員表示,雖然存在個體差異,但他們在獨立被試者腦部準確地辨別出了各個區域。他們還表示,科學家和醫生可以使用這一圖譜,與其他人腦造影方法進行比對,在已知的大腦區域發現與功能和疾病相關的信息。
這幅人類大腦圖譜未來還會得到進一步改進。在此之前,圖譜有望率先在神經手術中得到應用,以及幫助醫生診斷大腦失調疾病,比如認知障礙症(失智症/痴呆症)和精神分裂症等。此外,通過將人類與靈長類動物進行腦部對比,還有望發掘出關於人類認知演化的更多信息。