发现连接:大脑各部分如何相互作用?

一种新型脑成像技术揭示了人格、行为和疾病背后的结构连接

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神经科学长期以来一直从组成部分的角度来研究大脑:视觉皮层处理我们所见之物,布罗卡区是语言中心,等等。然而,随着我们对大脑的理解不断深入,越来越清楚的是,更准确的模型取决于这些模块如何在电路中连接在一起。一种称为弥散张量成像 (DTI) 的技术为我们提供了一种工具来探测这些连接的本质。最近的一项研究表明,例如,一个人越是寻求新的体验并依赖社会认可,其大脑中参与奖励、情感和决策的区域之间的连接就越强。

认知神经科学家 Michael Cohen 和他在德国波恩大学的同事询问了 20 名成年人寻求新体验和依赖社会认可的频率。然后,他们使用 DTI 来观察受试者的白质,白质连接着大脑的不同区域。认知和高层次处理发生在灰质中,灰质主要存在于大脑外层,由神经元的主要细胞体构成。另一方面,白质由神经元的细长“臂”组成,称为轴突,电信号沿着轴突传播。(大脑的这个内部部分看起来是白色的,因为轴突包裹着髓磷脂,一种白色的绝缘蛋白,有助于信号更快地传播。)

Cohen 的团队发现,受试者越是寻求新的体验,他们从海马体和杏仁核(大脑中参与决策和情感的区域)到腹侧纹状体和内侧纹状体(处理与情感和奖励相关信息的区域)的连接就越强。科学家们还发现,最依赖社会认可的受试者,其纹状体和前额叶皮层(大脑中参与高阶决策的区域)之间的连接比正常人更强。


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但是,这些强度各异的连接究竟意味着什么?DTI 通过测量水流来绘制白质束,但目前尚不易解释:没有人确切知道白质连接的强度或丰富程度与神经元通信质量之间有何关联。但是,使用该技术的研究已经揭示了白质在健康方面的重要作用。白质功能障碍或受损可能导致多发性硬化症、阿尔茨海默病和癫痫,去年发表的一项研究表明,恋童癖者连接大脑性唤起区域的白质较少。

“以前从未有可能将认知和行为与大脑的内在连接联系起来,” Cohen 说,他现在在阿姆斯特丹大学和亚利桑那大学之间分配时间。“更好地理解大脑的通信网络将有助于更好地理解大脑如何支持认知、情感和社会功能,以及,也许更重要的是,为什么大脑各部分之间的断开连接可能导致精神分裂症、自闭症和药物滥用等病理。”

注意:本文最初以“发现连接”为标题印刷。

《大众科学》Mind 杂志 第 20 卷 第 2 期本文最初以“发现连接:大脑各部分如何相互作用?”为标题发表于SA Mind Vol. 20 No. 2 (), p. 12
doi:10.1038/scientificamericanmind0409-12
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