新视角 网络科技 总编辑圈点|《科学》特刊综述脑研究进展,大脑神经元连接恰似“交响乐”

总编辑圈点|《科学》特刊综述脑研究进展,大脑神经元连接恰似“交响乐”

科技日报记者 张梦然

人类大脑有近860亿个神经元,每个神经元有多达10000个突触,形成了一个庞大的互连网络,构成了行为和认知的基础。最新一期《科学》特刊连发4篇文章,综述了科学家对大脑复杂连接(“连接组”)及其如何驱动大脑功能和产生功能障碍的理解,介绍了用于探索大脑连接的神经科学创新技术。


《科学》特刊

图源:BETH RAKOUSKAS,AAAS/《科学》

《科学》杂志高级编辑皮特·斯特恩在特刊引言中写道,大脑不仅仅是它的组成细胞。大脑中的每个神经元都与其他数千个神经元连接,但不是一片嘈杂的连接声,而是同步的交响乐。没有平稳运行的连接,大脑只不过是一堆神经元。


人脑切片的细节,显示海马体中直至单个轴突的纤维结构,通过3D偏振光成像显示。颜色代表3D纤维取向,突出显示单个纤维和纤维束的路径。

图源:德国于利希研究中心马库斯·阿克瑟和卡特琳·阿蒙茨

法国波尔多大学和荷兰内梅亨大学研究人员总结了大脑连接和大脑功能之间的关系,即核心大脑功能需要通过密集连接的网络在局部和远处大脑区域之间进行整合。他们概述了大脑连接的功能作用及其在进化和疾病中的作用。

德国于利希研究中心团队阐述了人类大脑结构连接的研究进展,并讨论了在不同空间尺度上测量的重要性。连接组是指对神经元和大脑区域如何相互连接的综合描述。然而,要充分了解连接组,就需要从分子和细胞水平到宏观水平,将大脑连接作为一个多尺度系统来处理。团队讨论了扩散磁共振成像(dMRI)和牵引成像等新兴成像技术,以及机器学习和计算模拟,如何极大地扩展了人们对连接组的了解。

美国斯坦福大学团队探讨了细胞类型特异性神经调节、全脑功能成像和计算建模的最新进展,揭示了大规模脑回路功能和功能障碍的新见解。这些发展有助于开发模拟大脑功能的新方法,用以复制和探测神经系统及其行为,从而改进神经系统疾病(包括帕金森病)的治疗方式。

挪威奥斯陆大学团队回顾了用于在啮齿动物模型中绘制不同尺度的大脑连接的各种实验技术,并讨论了将这些不同的数据集组合在一起以创建大脑三维参考图谱的方法。这种方法可促进与其他微架构特征相关的神经网络组织全脑分析。

总编辑圈点:

大脑之了不起,在于神经元;而神经元之了不起,并不在于每个独立个体,而在于其连接。这种连接恰如高级通信网络,指挥着所有生物的行为。它们的精准性对于人类的生存也至关重要,一旦发生错误,形成神经发育问题,就会出现智力障碍、自闭症谱系障碍等疾病。科学家想深入了解这种连接并不容易,但这一领域每前进一步,都可以让我们更明确哪些基因突变会带来疾病,从而更好地进行预防和治疗。

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