人脑像3D“纽约市”网格一样组织起来

 作者:水陕     |      日期:2019-01-26 03:09:01
作者:Peter Aldhous人类的大脑被描述为“已知宇宙中最复杂的物体”,包括数百亿连接的神经纤维,看起来像一大碗意大利面但如果由波士顿马萨诸塞州综合医院的Van Wedeen领导的团队是正确的,这种惊人的复杂性源于诱人的简单底层结构,使用磁共振成像(MRI)揭示 Wedeen认为,如果你整理它的褶皱,大脑就会由三维纤维网组成这是一个很大的想法,可以帮助揭开大脑发育和进化的神秘面纱,并帮助将神经和精神疾病与大脑结构的异常联系起来那么,Wedeen和他的同事们发现了大脑的基本组织原理,还是他们的网格只是更复杂几何的一部分密苏里州圣路易斯华盛顿大学的David Van Essen说:“对我而言,陪审团已经离开了”人类连接项目的领导者之一正致力于研究大脑神经连接的综合图谱多年来,脑形成器一直使用扩散张量成像,它跟踪水通过生物组织的扩散,跟踪纤维通过大脑,看看一个区域如何连接到另一个区域 Wedeen使用了一种称为扩散光谱MRI的相关方法,该方法还通过跟踪水来映射神经纤维,但擅长突出纤维交叉的位置在对人和其他灵长类动物的研究中,这揭示了相互成90度的平行纤维片这些薄片又与其它薄片成直角排列,形成三维网格 “理顺褶皱,大脑由三维纤维网格组成”在低等灵长类动物如Galago bushbaby中,网格最为明显向上移动灵长类树,逐渐有更多的折叠和曲线,但网格结构仍然存在(Science,DOI:10.1126 / science.1215280)这有助于解释大脑如何自行连线 Wedeen说,网格的方向对应于胚胎发育早期阶段的上下,左右和前后身体轴这可以通过遵循生化信号控制的简单发展规则使神经纤维沿正确的方向生长 - 类似于纽约市街道的网格如何让人们轻松地向目的地发送方向网格也可以帮助解决复杂大脑进化的难题 Wedeen说,如果大脑被组织成一堆意大利面,那么很难看出突变如何导致自然选择可以起作用的连通性的增量变化 “试着进入你的地下室并随意重新布置你的房子,”Wedeen说 “在网格结构中,更容易想象发展代码中的变化会导致行为的适应性变化”同样,一个容易重新布线的网格有助于解释人们如何通过建立新的连接以恢复失去的功能来从脑损伤中恢复这样的网格将提供坐标系统,以标准化将大脑解剖学中的异常与神经和精神疾病联系起来的研究这些研究受到人与人之间巨大自然变异的阻碍,这使得难以对齐脑部扫描以揭示特定结构的关键差异从长远来看,它也可能有助于培养组织移植物以修复脑损伤理论上,在模仿网格的支架上生长组织应该有助于组织在移植后与大脑形成连接对于许多神经科学家来说,网格是一个很有吸引力的想法,但有些人怀疑这是整个故事 “我担心的是,他们可能会过度简化和过度概括,因为他们乐观地认为这将适用于整个大脑,”范埃森说他认为大脑还含有在其他方向交叉的纤维伦敦国王学院精神病学研究所的扩散磁共振成像专家Marco Catani认为,Wedeen的方法可能会错过纤维在小于70度的角度穿越卡塔尼说他的团队已经看到这种纤维使用不同的扩散成像技术 Wedeen坚持认为,如果他们很常见的话,他自己的团队会看到这些纤维谁是对的当神经科学家试图回答这个问题时,