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科学家绘制人脑内部结构 呈现美妙复杂宇宙结构

http://www.kexue.com 2012-06-06 09:38:43 搜狐科学  发表评论


哈佛大学的科学家研究出了一种新的高科技方法-核磁共振扫描技术,来探索人类大脑内部结构 

  据国外媒体报道,哈佛大学的科学家研究出了一种新的高科技方法-核磁共振扫描技术,来探索人类大脑内部结构。简·韦登(Jan Wedeen)教授表示,彩虹色的彩色扫描图片第一次给了我们逼真的视觉,来探索人类大脑中的100亿个细胞,以及它们的工作方式。他说:“近些年来,传统的扫描方法展示给我们的大脑图片并不是它真实的影像,我们看到的仅仅是它表面的一个影子”。

  同样来自于哈佛大学的杰夫·李奇曼(Jeff Lichtman)教授,发明了一个相关的技术来探索动物大脑中每个神经元的之间的连接通路。仅通过三种颜色,他就能用其中一种颜色在探索神经细胞的连接通路前,标示出相关神经细胞,这项工作应用传统方法的话,估计需要数十万年的时间。

  杰夫教授说:“在已知的宇宙中,人类大脑是一个最复杂的物体。它承载着我们的记忆,我们的忧虑,及信息产生过程等信息,让我们去看,去听,去感受。但是我们还没有一个实用的工具去研究它。我们怀疑一系列的神经系统疾病,起因于神经细胞间的连接缺陷,但是我们却没有办法去跟踪神经细胞间的连接情况”。

  这些连接途径会被科学家用来制成构成我们复杂大脑网络结构的3-D地形图。很长一段时间以来,大脑都被想象成是一团遍布复杂线路的物体,然而科学家最近发现,这些纤维实际上构成的是一个棋盘状的结构,在直角处交叉。更重要的是,作为脑成像学研究的一部分,这个网格结构通过最先进的核磁共振成像(MRI)扫描技术,展示出了惊人的细节特征。

  这项研究的负责人,来自麻省总医院(MGH)的瓦·韦登(Van Wedeen)说:“我们的大脑不仅是一团纠缠不清的线路结构,大脑中的连接更像是带状电缆-平行神经纤维折叠二维表,在直角处交叉,像是经纬交错的丝织物。这个网格结构是连续的,整个人类与所有的灵长类动物在尺度上是相同的”。

  国家心理健康研究院的负责人托马斯·R·英索尔(Thomas R Insel)说:“获得一张我们大脑高分辨率的线路图,将会是人类神经解剖学史上的里程碑。这项新技术有望揭示不同个体大脑的区别,从而有助于协助诊断并治疗脑部疾病”。

  Connectom核磁共振成像扫描仪于去年在麻省总医院安装成功,可以观测到纵横交错的纤维网络-大脑不同区域沟通的通路,韦登表示,它会比传统的扫描技术清晰10倍,他同时说:“这是一台独一无二的仪器,能够对一个简单结构带来令人惊讶的清晰焦点,从而对于大脑生长方式的研究带来重要意义。成熟大脑的线路结构像是三个原始路径的镜像,在胚胎发育时就已经建立起来”。

  随着大脑在早期发育时线路连接的形成,它以垂直通路的方式建立神经连接,同时水平、垂直、横向运行。这个网格结构如同告诉公路上的路标一样在连接上起到了指示作用,从而防止神经纤维在生成过程中改变生长方向。研究者表示,如果神经纤维仅有4个方向供发展:左,右,上,下,这个网格结构的作用会更有效,它能指示神经纤维寻找到合适的连接点,同时这个结构也能适应生物的进化。

  关于人类大脑,我们已获得的这些详细照片,在某种程度上说长期以来一直困扰着研究人员,因为人类大脑的皮质,或称做外地幔,生有许多褶皱与凹缝裂隙,从而掩盖了它的连接结构。尽管研究者应用了化学跟踪剂,对动物大脑神经束的网格结构进行跟踪绘图,但是这种微创技术并不适用于应用到人类身上。

  之前的研究技术,被认为能够揭示25%的大脑结构,而这项新的扫描技术能够展示75%的大脑结构。

  韦登说:“以前,我们对于大脑的研究只限在研究路线上。现在,我们有了大脑中主要与次要干路的连接方式的地图,大脑中的连接线路与我们家中地下室必须要连接到正确端点的电线通路不同,它分了语言,写作及重新休整工作的方格”。这项研究结果已刊登在科学杂志上。(编译:双螺旋)

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