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皮层|突破：墨尔本大学田野等绘制迄今为止最精细的人脑亚皮层功能图谱

脑测绘学是一门历史悠久的学科 。 虽然100 多年来 ，神经解剖学家们致力于研究并描绘人脑的最高级神经中枢——大脑皮层 ( 注：大脑皮层是脑的最外层解剖结构 ， 厚度约为1.6-4毫米 ， 由上百亿神经细胞组成 ， 属于脑和神经系统演化史上最晚出现的一部分) ， 但是在大脑皮层之下 ， 脑中心的深处 ， 有这样一群神经元胞体（亦称为神经核团）——
它们在演化史上的古老程度或可追溯到5亿6千万年前生活在寒武纪的原始脊柱动物[1-2]；
它们负责处理人类的从基本的感觉、运动功能到高级的认知和记忆等多种多样的神经心理活动；
它们的结构和功能异常往往会导致严重的神经精神疾病 ， 比如亨廷顿氏舞蹈症、帕金森氏症、精神分裂症以及抑郁症；
它们 ， 仿佛没有得到上世纪神经解剖学家们足够的青睐；它们 ， 被当代科学家们幽默地称作 terra incognita (拉丁语：未知之地)[3] 。
究其根源 ， 这一切的未知是因为我们尚缺乏一张细致而准确的皮层下神经核团的功能图谱 ， 而这些皮层下神经核团也因此常常被统称为亚皮层 。 正如航海家有赖于罗盘和航海地图在无尽的大海中探索未知 ， 现代医学也需要一张详细标记的人脑“地图”以准确定位认知和心理活动以及脑神经病变 。
【皮层|突破：墨尔本大学田野等绘制迄今为止最精细的人脑亚皮层功能图谱】亚皮层脑图谱的缺失对现代神经科学而言犹如航海家丢失了部分航海图 ， 可能让自己陷入未知的险境；亦犹如盲人摸象 ， 难以对人类的神经心理活动和脑疾病给出综合而全面的解释 ， 知其然而不知其所以然 。
北京时间2020年9月28日晚23时 ， 《自然-神经科学》在线发表了一篇题为“Topographic organization of the human subcortex unveiled with functional connectivity gradients” 的研究论文 ， 开创性地揭开了人脑亚皮层功能构架的神秘面纱 。
该研究由澳大利亚墨尔本大学医学院精神医学系田野博士(论文第一作者及通讯作者)及其导师Andrew Zalesky（共同通讯作者）等人合作完成 。 通过分析1000多名健康成年人的高分辨率功能性磁共振脑影像 ， 该研究成功绘制了一份迄今为止最为精细的人脑亚皮层功能图谱 。
皮层|突破：墨尔本大学田野等绘制迄今为止最精细的人脑亚皮层功能图谱
本文图片

该图谱所呈现的人脑亚皮层组织功能构架的复杂性和多级性令研究人员惊讶不已 。 该论文的第一作者田野博士解释道：“这些皮层下神经核团就如一个由4个阶层构成的古老的等级社会 ， 且每个阶层又可细分为多个功能社区 。 举例来说 ， 这个等级社会的最底层便可划分为27个功能社区 。 每个社区都有其独特的功能特点 ， 并具有详细的分工 ， 而两两社区相邻之处就好似一个流动商贩集散地 。 虽然此处有明确的地界 ， 但这些流动商贩在一定程度上可以自由活动 。 正因为如此 ， 我们发现如果让人们在大脑扫描的过程中进行复杂的认知任务 ， 比如算术 ， 这些功能社区的边界线会发生动态变化 。 ”
作者认为 ， 这些皮层下神经核团的功能特性并不是一成不变的 ， 而是可以随着个人想法和行为的改变而做出一些适应性的调整 。 这种适应性往往在人类演化史中扮演着举足轻重的角色 。
皮层|突破：墨尔本大学田野等绘制迄今为止最精细的人脑亚皮层功能图谱
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人脑亚皮层功能解剖图谱 。 Thalamus: 丘脑；Caudate: 尾状核；Nucleus accumbens: 伏隔核；Putamen: 壳核；Amygdala: 杏仁核；Hippocampus: 海马体; Globus Pallidus: 苍白球 。
该图谱具有前所未有的准确度和高分辨率 ， 可以帮助神经外科医生对神经精神疾病实施更加精准地亚皮层区域靶向治疗 。 比如 ， 通过手术在大脑深处植入微型电极 ， 并施以适当的电刺激 ， 以缓解帕金森患者的肌肉运动障碍和难治性强迫症患者的强迫性观念和行为（注：这种技术在临床上称作脑深部电刺激） 。
值得一提的是 ， 这些皮层下神经核团就像一个中枢神经系统的守门人 ， 负责调节和控制所有大脑皮层和身体其它部分之间快速、海量的信息交换 ， 而该图谱的绘制正是基于这样一个实时互交互动的脑网络系统 。
该研究发现 ， 在这个脑网络中 ， 虽然这些皮层下神经核团与大脑皮层在空间上相距甚远 ， 但它们内部的信息交换以及它们与大脑皮层各区域之间紧密的神经连接和功能协同 ， 促成了低级感觉运动功能、高级认知功能以及神经心理活动的高度协调统一 。
目前 ， 该图谱已经被应用于临床试验 ， 以评估靶向治疗（包括脑深部电刺激和经颅磁刺激）对难治性强迫症患者的临床疗效 。
总而言之 ， 该研究是神经科学领域的一项令人激动的重要突破 ， 让我们进一步了解了这片人脑中最为古老的“未知之地” 。 同时 ， 也让我们清醒地认识到人脑的复杂性 。 对人脑的探索 ， 这 ， 只是一个开始 。
参考文献：
1. Stephenson-Jones et al. Evolutionary conservation of the basal ganglia as a common vertebrate mechanism for action selection. Current Biology (2011).
2. Kumar et al. A molecular timescale for vertebrate evolution. Nature (1998)
3. Forstmann et al. Towards a mechanistic understanding of the human subcortex. Nature Review Neuroscience (2016).
编辑 | 余荷
排版 | 王大雪
来源| 小柯机器人


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