立場新聞 Stand News

大腦立體 Google Map 1.0

2016/7/25 — 10:00

19 世紀的德國神經科醫生布羅德曼 (Korbinian Brodmann) 透過解剖學,分析大腦皮層的組織和細胞結構,把大腦半球的內外側定義為52個區域,稱為布羅德曼分區  (Brodmann areas) 。這一百多年間,這些區域雖然在神經科學界經過廣泛的討論和修正,至今仍然是大腦硏究其中一個重要的基礎。

最近聖路易斯華盛頓大學的科學家透過磁力共振影像以及其他技術,把大腦半球勾畫出 97 個新的區域。加上之前報導的 83 個區域,他們把大腦半球重新定義為 180 個區域,這是有史以來最詳細的一項大腦地圖硏究。

大腦皮層 (cerebral cortex) 主管我們的記憶、語言、感官、意識和邏輯等功能。科學家利用磁力共振影像硏究 210 個健康年輕男女的大腦以及記錄他們的大腦皮層活動。他們利用不同的方法互相補足,希望從不同的角度檢查所得的數據。

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科學家以髓鞘 (myelin) 1 的分佈和密度勾畫出大腦的結構,並叫研究對象做一些基本的指令,例如記憶測試或聽故事,然後以功能性磁力共振影像 (fMRI) 探測某個區域和某種功能是否有關。跟着用 fMRI 分析不同區域的神經元在活動和靜止之間的分別,再連繫這些指令和磁力共振影像。最後利用電腦作大量的數據分析,並利用顏色代表不同的功能,例如紅色和聽覺有關,藍色和視覺有關,而綠色和觸覺有關。至於其他混和的顔色,便是代表某兩種感官的重叠,最後製作出這幅大腦立體地圖。

他們更發現,當硏究對象在聽故事的時候,一個在「主要運動區」附近的一小區域——第「55b 區」有很強的活動,和沒有聽故事時候的影像有很大的分別,因此他們推斷這個區域和語言有關。然而,科學家發現這些區域的界線並不像 Google Map 中的街道或大廈那樣清楚分明,而是逐漸過渡,反映出不同神經單位之間有不同程度的協調。

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雖然這個研究令我們對大腦的認識加深,但大腦立體地圖的解像度仍然不太高,只能大概知道某一個部位負責某種功能。但是透過這類地圖,科學家可以進一步了解大腦某個區域的資訊,並嘗試透過大腦功能和結構和我們的行為之間找出聯系。這項硏究或許對精神病、自閉症、腦退化等疾病有新的見解。結果甚至乎可以應用在硏究其他靈長類動物,在認知上探究人類和這些動物有甚麼分別。

註:
1. 包圍著神經元的白色絶緣物質

參考文章:
Nature, Human brain mapped in unprecedented detail, 20 July 2016
Glasser MF et al. A multi-modal parcellation of human cerebral cortex. Nature (2016) (DOI:10.1038/nature.2016.20285)

Further reading: 
Human Connectome Project 

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