《自然》杂志：大脑的形状会影响它的工作方式

Via：Ray Dak Lam

作者 | Monash University

翻译 |Caroline

审校 | 酷炫脑

朗读 | 胡恩

美工 | Jenny

编辑 | YJ

一个人的大脑的整体形状对我们的思考、感觉和行为的影响远远大于其复杂的神经元连接。

一个多世纪以来，研究人员一直坚定不移地相信，正是不同的大脑区域通过数万亿细胞连接的复杂网络相互沟通，才能帮助我们在日常生活中积累经验、构建希望和梦想。

现在，由莫纳什大学特纳大脑和心理健康研究所的研究人员领导的一项实验在研究了10000多个不同的人类大脑活动图后，发现一个人的大脑的整体形状对我们的思考、感觉和行为的影响远远大于其复杂的神经元连接。

这篇最近发表在《自然》杂志上的研究，汇集了物理学、神经科学和心理学的不同知识，推翻了一个世纪以来对复杂大脑连接性的过度关注。相反，它揭开了大脑形状和活动之间以前未被重视的关系。

这篇研究的主要作者、来自特纳研究所和莫纳什大学心理科学学院的研究员James Pang博士说，这些发现意义重大，因为它们大大简化了科学家们研究大脑功能、发展和老化的方式。

Pang博士说：“这项工作帮助我们更加了解类似于痴呆症和中风这样的疾病对人带来的影响。毕竟建立一个大脑形状的模型比建立一个包含大脑全部连接的模型要容易得多。”

Pang博士补充道：“长期以来，我们一直认为特定的想法或感觉会引起大脑特定部位的活动。但这项研究显示，几乎在整个大脑中都出现了结构化的活动模式。这就好比一个音符产生了约等于整个小提琴弦长度的振动，而不仅仅是一个孤立的片段。”

研究小组使用磁共振成像（MRI）来研究这种系统中自然的振动模式。在这个系统中，不同部分都以相同的频率振动。特征模式通常用于研究物理学和工程学等领域的物理系统，最近才被用于研究大脑。

这项工作的重点是开发有效构建大脑特征模式的最佳方法。“正如小提琴弦的共振频率由其长度、密度和张力决定一样，大脑的特征模式由其结构，也就是物理、几何和解剖的属性决定，但哪些具体属性最重要一直是个谜，”这篇研究的另一位作者、悉尼大学的凯文·阿基诺博士说。

由特纳研究所和心理科学学院研究员亚历克斯·福尼托教授领导的团队则比较了不同特征模式的差异性。研究发现，从大脑形状模型中获得的特征模式、与从大脑连接性模型中获得的特征模式相比，两者能够解释不同的活动模式。

福尼托教授说：“我们发现，由大脑几何学定义的特征模式--它的轮廓和曲率--代表了对大脑功能的解剖学约束，就好像鼓的形状影响了它能发出的声音。利用数学模型，我们证实了理论预测，即几何学和功能之间的密切联系是由传播到整个大脑的波状活动所驱动的，就像池塘的形状影响着落下的小石子所形成的波纹。”

这些发现提出了直接从大脑的形状预测其功能的可能性，为探索大脑如何促成行为的个体差异以及精神和神经疾病的风险开辟了新途径。

研究小组发现，在人们执行神经科学家为探测人脑而开发的不同任务时获得的超过10,000张核磁共振成像活动图中，大多数都是具有非常长波长的特征模式，其延伸距离超过40毫米。

Pang博士说：“这一结果与传统观点背道而驰。也就是说，传统观念认为从事不同事物的大脑活动是孤立的，但事实并非如此。当涉及到理解大脑如何工作时，人类目前所掌握的仅仅是冰山一角。”

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