2016年8月9日

人脑的放大图

乍看上去

  • 研究人员创建了人脑的高分辨率地图,在最外层皮层的每一半中识别出180个不同的区域。
  • 这项研究提供了新的见解和工具,可用于理解特殊大脑区域在健康和疾病中的作用。
人脑皮质的插图。 人脑外层或大脑皮层的地图,显示我们的听觉(红色),触摸(绿色)和视觉(蓝色)与大脑的连接位置。华盛顿大学的Matthew Glasser博士和David Van Essen博士。

我们的思维,知觉和理解语言的能力在大脑的最外层即大脑皮层中进行处理。准确了解我们的感觉和知觉在大脑中的形成位置对于弄清衰老,神经系统疾病和精神疾病如何影响我们的健康非常重要。从显微镜下检查组织到复杂的大脑成像方法,科学家们在过去的一个世纪中使用了多种技术来绘制大脑的组织图。但是,这些措施并不总是能揭示出大脑景观中相同的边界。

为了更全面地了解皮质的组织方式,由Drs。Dr.圣路易斯华盛顿大学的Matthew Glasser和David Van Essen结合了几种措施来创建一张具有凝聚力的大脑图。该小组从130名女性和80名男性参与者中收集了高质量的磁共振成像(MRI)数据 人类Connectome项目(HCP)。这项研究是由 NIH神经科学研究蓝图。结果发表在 性质 在2016年7月20日。

研究人员测量了参与者大脑的结构和功能特性。结构MRI扫描显示皮质的厚度和周围脑细胞的保护鞘或髓鞘的数量。功能性MRI可测量参与者在静止状态下以及执行不同任务(例如听故事,看图片或做数学)时的大脑活动。科学家利用这些数据通过其专门作用来帮助区分大脑区域,并确定哪些区域的活动与它们的“功能连通性”相关。

研究人员使用一种半自动化的方法来组合来自这些多个量度的数据,重点是整个皮层表面至少有两个量度一起变化的地方。这种方法在皮层的每个半部内绘制了180个不同的区域-确认了83个先前已知的细分,并确定了97个新区域。

接下来,研究小组验证了根据平均数据集创建的大脑图谱可以应用于新数据。他们训练了机器学习分类器,以识别每个皮质区域的“指纹”。然后,他们将该算法应用于另外210位HCP参与者的脑部扫描。分类器在所有210位受试者的180个大脑区域中发现了近97%。在某些情况下,参与者的大脑区域不在典型的地方;但是,基于数据的算法仍然能够成功识别并映射它们。研究人员指出,随着使用改进的神经影像学方法收集更好的数据,某些大脑区域可能会进一步细分或成为其他区域的亚单位。

Bruce Cuthbert博士说:“这些新的见解和工具应有助于解释我们的皮质如何演变以及其在健康和疾病中的专业领域的作用,并最终有望为脑外科手术和临床检查带来前所未有的精确度。”美国国立卫生研究院国家心理健康研究所(NIMH)的代理主任。

相关链接

参考文献: 人类大脑皮层的多模式分割。 格拉瑟·MF,加尔森·TS,鲁滨逊·EC,黑客CD,哈威尔·J,雅各布·E,乌格比尔·K,安德森·J,贝克曼·CF,詹金森M,史密斯·SM,范·埃森DC。 性质。 2016年7月20日。doi:10.1038 / nature18933。 [Epub提前发行]。 PMID:27437579。

资金: 美国国立卫生研究院国家心理卫生研究所(NIMH)和神经科学研究蓝图;和惠康基金会。