大腦分區不是功能關鍵！Science封面4文連發：智慧從腦區間連接中誕生_風聞

Alex 詹士 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

是時候重新認識一下我們大腦的運行原理了！

最新一期頂刊Science，以特刊的形式連發4篇論文，劍指同一核心要點：

大腦各種功能的關鍵，並不在於各腦區獨立完成特定功能，而在於不同區域之間的連接和交流。

該觀點基本推翻了當前廣為流傳的一種説法：

擅用左腦思考的人，數學和邏輯能力更強；而右腦發達的人，則更具創造力。

Science的高級編輯Peter Stern博士在本期的發刊詞中強調了大腦連接的重要性：

如果沒有順利運行的連接，大腦只不過是一堆神經元。

還總結出一個金句：“No neuroan is an island” （沒有任何一個神經元是座孤島）。

所以，這4篇文章説了什麼？

往下看。

“連接”才是大腦功能的關鍵第一篇：“連接” 就是大腦的核心

第一篇名為The emergent properties of the connected brain，其中提出了整期特刊的核心關鍵詞，連接。

兩位來自法國波爾多的神經科學研究者認為：

大腦的連接不僅僅是各個腦區之間的信號傳遞，行為與認知的出現，也源自皮層區域之間的相互作用。

其背後，是一套精密網絡將“本地”、“遠程”各個區域連接，成為一個整體。

研究者將這種連接與協作形容為：通過將大腦眾多區域以腦環路連接，創建成一整個網絡，編排出腦內的交響曲。

以往較為主流説法中，我們假設大腦是分區塊工作的，但研究者認為，這將不可能實現多個區域共同作用，實現對複雜事物的認知，更難以產生智慧。

在神經科學領域，越來越多的共識是某個功能的實現，來自各個區域之間相互作用共同協作。

以聊天為例，當我們溝通交流時需要迅速理解前後文含義，同時要綜合考慮對方的情感意圖，這不可能用模塊化方式去解決。

反過來看，如若大腦內相關疾病導致連接斷開，將導致認知功能的瓦解。如與語言網絡的連接中斷導致了語言障礙。

同樣值得我們關注的是，腦內的連接配置情況並非不可改變。

環境與學習行為會誘導可塑性機制產生，這些變化將在數週、數月、數年乃至數十年內發生。

第二篇：“尺度”十分重要

如果説，第一篇綜述是對“大腦連接”的定調，那第二篇則進一步提出對其研究、思考維度的探討。

其題目也恰好與之對應，Scale matters: The nested human connectome。

該篇內容中，研究者提出一個名詞connectome，用以對神經元和大腦區域進行描述。

談及引入新概念的必要性，他們認為，這是理解大腦動力學以及相關功能產生的基礎。

作者補充道，該尺度的範圍涵蓋宏觀到細胞乃至分子水平。在此前對功能障礙的研究中，類似的思路已經被應用。此番，科學家參考借鑑了前人方式與思路。

在實操方面，研究中還在綜述中展示擴散磁共振成像（dMRI)、纖維束成像（tractography）等技術在大腦連接研究的應用，他們還使用了機器學習和模擬方式預測了缺少實驗數據情況的結果。

△ 擴散 MRI 和纖維束成像第三篇：從病理學角度研究連接機制

斯坦福大學神經科學系的研究人員們探討了大腦環路功能及障礙問題，從病理與治療層面分享了大腦發生功能障礙的研究進展。

他們構建了一個大腦動態模型，用來了解神經系統疾病的全腦環路機制，並以此預測治療干預結果。

具體到實現上，研究者採用光遺傳功能磁共振成像（ofMRI） ，並結合了計算建模。

ofMRI是種新技術，結合了高場磁共振成像的高空間分辨率與光遺傳學刺激的高精度，可以調查整個大腦神經迴路的精確功能連接。

對所得的MRI信號進行計算建模，可以在不同區域層面上定量描述細胞類型的特異性，以及宏觀功能在單細胞上的具體體現。

研究人員認為，這些成果未來可以為治療帕金森病，開發恢復大腦功能的系統工程方法等鋪平道路。

第四篇：總結如何繪製連接圖

這篇綜述總結了“如何給齧齒類動物大腦繪製神經連接圖”，以及基於圖集的數據分析方案，並探討了該領域的未來發展方向。

兩位作者來自挪威的頂級學府奧斯陸大學。

他們指出，現在已有幾種繪製神經連接圖的技術，其中“3D數字腦圖集”對輔助科研人員探索理解大腦的組織和功能最有效。

研究者可以使用工具將不同類型的數據登記到圖集上，並運動計算機對大型數據集進行後續的自動分析，大大加速整合工作。

最後，引用其中一篇論文作者：拉德堡大學的神經科學家Stephanie Forkel的話，來總結一下從“連接”角度認識大腦功能有何意義：

經典觀點中的模塊化大腦有個明顯缺陷，就是它不好解釋人與人之間的差異性。

而運用新的網絡方式，科學家們可以針對不同個體的大腦特異性進行建模，探索不同人腦的個性，並有助於研發出更有效的臨牀治療方案。

參考鏈接：[1]https://www.science.org/toc/science/current

[2]https://www.ru.nl/en/research/research-news/new-view-on-the-brain-its-all-in-the-connections

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/3rO10ilXlMsNtexiayziNw