我國科學家揭示人類大腦皮層的複雜佈局

記者18日從中國科學院自動化研究所獲悉，該所腦網絡組團隊通過研究揭示了人類大腦皮層連接拓撲結構與遺傳特性的內在關係，相關研究已在《神經科學雜誌》上發表。

中國科學院自動化研究所研究員樊令仲介紹，當我們思考、學習、感知世界時，大腦中的神經網絡正在悄無聲息地運轉。千億個神經元通過數以萬億計的連接，將信息高速傳遞。

這些複雜連接的佈局是如何形成的？爲什麼不同腦區如此規則地分佈在大腦皮層？“人腦在胚胎髮育時就已經開始按照某種‘設計圖’進行建造，而這張設計圖的‘藍圖’正是基因。”樊令仲說。

“我們的研究提出一種假設：考慮到基因和連接在數目上的巨大差異，遺傳編碼與區域間連通性之間並非簡單的一一對應關係，而是通過某種更高效的組織原則，使基因在大腦皮層上呈現特定的嵌入模式，從而指導白質纖維束在空間中的佈線。”論文第一作者、中國科學院自動化研究所博士生李德瑩說。

李德瑩介紹，通過對數據的綜合分析，研究團隊發現了三種主導的腦連接拓撲軸——背腹軸、前後軸和內外軸。這三個軸不僅反映了皮層內連接的變化規律，還與胚胎期發育中的形態發生梯度和遺傳梯度密切相關。

樊令仲表示，這項研究的核心結果之一，就是定義了全腦尺度的腦連接模式，即“全局連接拓撲”，並發現其與基因表達之間存在顯著的吻合。這種吻合表明，儘管基因數量與神經連接數量相差懸殊，但基因可以通過某種簡單的規則影響複雜的連接佈局。由此推測，大腦的組織方式遵循了一套由基因定義的“隱形規則”。（記者宋晨）