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大航海時代已經過去好長時間了，但是至少還有一個領域仍然在很大程度上未被探索：人類大腦。如今，在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學圣路易斯醫學院的研究人員繪制出新的迄今為止最為詳細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構。相關研究結果于2016年7月20日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“A multi-modal parcellation of human cerebral cortex”。
對研究自閉癥、精神分裂癥、癡呆癥和癲癇等大腦疾病的科學家們而言，這幅新圖譜將一大福音。科學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制和闡明是什么讓我們成為一種如此獨特的物種。
研究人員使用了論文通信作者David Van Essen博士領導的一項為期5年投入幾百萬美元的研究---人類連接組計劃（Human Connectome Project）---產生的數據和方法。人類連接組計劃利用一種強大的定制的MRI機器繪制出1200名年輕人的大腦圖譜。這項新的研究通過仔細地確定大腦不同區域的界限而能夠更加準確地繪制出它們之間的連接而對人類連接組計劃作了有力的補充。
這幅新的圖譜基于物理差異（如皮層厚度）、功能差異（如哪些區域對語言刺激作出反應）和大腦區域連接上的差異，將左腦半球和右腦半球都劃分為180個區域。大腦繪圖學并不只是注意到這里有“山”那里有“河”，這是因為大腦大部分區域從表面上看起來是一樣的。這幅圖譜更像是一幅標注出州界的地圖，而不只是展現出地形特征；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，“大腦并不像是一臺能夠支持任何一種操作系統和運行任何軟件的計算機。不過，可以這么說，軟件（大腦如何工作）與硬件（大腦結構）相關聯。如果你想要發現大腦能夠做什么，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、語言和意識中發揮著重要作用。
19世紀頭10年，德國神經解剖學家Korbinian Brodmann首次繪制人類大腦皮層圖譜。他鑒定出50個區域，包括隨后經證實參與視覺、語言和感覺加工的區域。
將近一個世紀之后，當論文第一作者Matthew Glasser博士開始研究大腦中語言區域之間的連接時，Brodmann繪制的圖譜和它通常在神經成像中的使用方式讓他感到沮喪。
Glasser說，“我們早前對大腦中語言區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在Brodmann繪制的圖譜中，大腦哪些區域與它們背后的神經通路相關聯。我很快意識到我們需要一種更好的方法對我們正在研究的活體大腦中的區域繪制圖譜。”
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）的數據匯集在一起。研究人員將大腦皮層的厚度測量值、神經連接周圍的絕緣程度與靜息時大腦MRI掃描結果以及執行簡單任務（如聽故事）時大腦的MRI掃描結果結合在一起。
Glasser說，“我們最終發現每個腦半球有180個區域，但是我們認為這并不是最終的數字。在一些情形下，我們鑒定出一塊大腦皮層很可能能夠進一步細分，但是我們利用我們當前的數據和技術我們不能有把握地畫出分界線。在未來，開發更好方法的科學家們將能夠這個區域進行進一步細分。我們著重關注我們有把握經得起時間考驗的分界線。”
在這些區域中，有一些區域明顯參與特定的任務，如55b區域，當一個人聽故事時，該區域就會有活動。其他的一些區域涉及人的視野，或者說參與運動控制。大多數區域很可能從不會被鑒定出只有單個功能，這是因為它們并不只是做一種事情，相反會協調來自很多不同信號的信息。
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個不同的區域。在這項新的研究中，研究人員通過在分析前準確地將這些大腦與一種共同的坐標系進行對齊，利用英國牛津大學同事們開發出的一種算法和將可獲得到的高質量MRI數據整合在一起，最終對之前繪制的圖譜加以改進。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，證實他們的方法能夠應用于個人。
結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，和一種能夠確定個人大腦不同區域位置的算法，即便從皮層褶皺模式、皮層圖譜中區域的大小和形狀而言，每個人是非常獨特的。
Glasser說，“在過去，來自兩項不同的神經成像研究中的結果是否涉及大腦同一個區域并不是總是清晰的。”通過利用這種新的圖譜和對齊算法，不同研究的結果可能能夠更加準確地進行比較。
更好的個人大腦圖譜可能也是非常有用的。華盛頓大學神經外科醫生們當在準備開展外科手術時，就已使用并不那么詳細的個人大腦圖譜，以避免傷害最為重要的大腦區域，如那些參與語言或運動功能的區域。
個人大腦圖譜也可能指導神經或精神疾病治療。比如，不同癡呆癥的特征是大腦不同區域發生神經退化。臨床醫生們可能使用個人的大腦圖譜，針對受影響的區域開展個人化治療，或者監控治療反應。
就像古時的地圖制作者，大腦繪圖師主要為其他人提供一種工具用于探索與發現。
Van Essen說，“我們能夠說服Nature期刊將這每個腦半球180個大腦區域中每個區域的200多頁詳細信息和我們用來對齊大腦和繪制這幅圖譜的所有算法在線發布。我們認為它將最好地服務于科學界，如果科學家們能夠有興趣在他們的計算機屏幕上獲得這些圖譜并且在他們認為合適的地方進行深入研究的話。”
原始出處：A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
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