探索人腦內部結構：掃描圖呈現美妙複雜宇宙結構

07-23

　　據國外媒體報道，哈佛大學的科學家研究出了一種新的高科技方法-核磁共振掃描技術，來探索人類大腦內部結構。簡·韋登（JanWedeen）教授表示，彩虹色的彩色掃描圖片第一次給了我們逼真的視覺，來探索人類大腦中的 100 億個細胞，以及它們的工作方式。他說：「近些年來，傳統的掃描方法展示給我們的大腦圖片並不是它真實的影像，我們看到的僅僅是它表面的一個影子」。

　　同樣來自於哈佛大學的傑夫·李奇曼（JeffLichtman）教授，發明了一個相關的技術來探索動物大腦中每個神經元的之間的連接通路。僅通過三種顏色，他就能用其中一種顏色在探索神經細胞的連接通路前，標示出相關神經細胞，這項工作應用傳統方法的話，估計需要數十萬年的時間。

　　傑夫教授說：「在已知的宇宙中，人類大腦是一個最複雜的物體。它承載著我們的記憶，我們的憂慮，及信息產生過程等信息，讓我們去看，去聽，去感受。但是我們還沒有一個實用的工具去研究它。我們懷疑一系列的神經系統疾病，起因於神經細胞間的連接缺陷，但是我們卻沒有辦法去跟蹤神經細胞間的連接情況」。

　　大腦網路結構的3-D地圖，讓我們首次觀測到大腦的活動情況

　　大腦中的連接更像是帶狀電纜-平行神經纖維摺疊二維表

一直以來，大腦中神經纖維都被想像成類似一團雜亂的電線，然而科學家最近發現，這些纖維實際上構成的是一個類似棋盤狀的結構

　　這些連接途徑會被科學家用來製成構成我們複雜大腦網路結構的3-D地形圖。很長一段時間以來，大腦都被想像成是一團遍布複雜線路的物體，然而科學家最近發現，這些纖維實際上構成的是一個棋盤狀的結構，在直角處交叉。更重要的是，作為腦成像學研究的一部分，這個網格結構通過最先進的核磁共振成像（MRI）掃描技術，展示出了驚人的細節特徵。

　　這項研究的負責人，來自麻省總醫院(MGH)的瓦·韋登（VanWedeen）說：「我們的大腦不僅是一團糾纏不清的線路結構，大腦中的連接更像是帶狀電纜-平行神經纖維摺疊二維表，在直角處交叉，像是經緯交錯的絲織物。這個網格結構是連續的，整個人類與所有的靈長類動物在尺度上是相同的」。

　　國家心理健康研究院的負責人托馬斯·R·英索爾（ThomasRInsel）說：「獲得一張我們大腦高解析度的線路圖，將會是人類神經解剖學史上的里程碑。這項新技術有望揭示不同個體大腦的區別，從而有助於協助診斷並治療腦部疾病」。

　　Connectom 核磁共振成像掃描儀於去年在麻省總醫院安裝成功，可以觀測到縱橫交錯的纖維網路-大腦不同區域溝通的通路，韋登表示，它會比傳統的掃描技術清晰 10 倍，他同時說：「這是一台獨一無二的儀器，能夠對一個簡單結構帶來令人驚訝的清晰焦點，從而對於大腦生長方式的研究帶來重要意義。成熟大腦的線路結構像是三個原始路徑的鏡像，在胚胎髮育時就已經建立起來」。

　　隨著大腦在早期發育時線路連接的形成，它以垂直通路的方式建立神經連接，同時水平、垂直、橫向運行。這個網格結構如同告訴公路上的路標一樣在連接上起到了指示作用，從而防止神經纖維在生成過程中改變生長方向。研究者表示，如果神經纖維僅有 4 個方向供發展：左，右，上，下，這個網格結構的作用會更有效，它能指示神經纖維尋找到合適的連接點，同時這個結構也能適應生物的進化。

　　關於人類大腦，我們已獲得的這些詳細照片，在某種程度上說長期以來一直困擾著研究人員，因為人類大腦的皮質，或稱做外地幔，生有許多褶皺與凹縫裂隙，從而掩蓋了它的連接結構。儘管研究者應用了化學跟蹤劑，對動物大腦神經束的網格結構進行跟蹤繪圖，但是這種微創技術並不適用於應用到人類身上。，

　　之前的研究技術，被認為能夠揭示 25% 的大腦結構，而這項新的掃描技術能夠展示 75% 的大腦結構。

　　韋登說:「以前，我們對於大腦的研究只限在研究路線上。現在，我們有了大腦中主要與次要幹路的連接方式的地圖，大腦中的連接線路與我們家中地下室必須要連接到正確端點的電線通路不同，它分了語言，寫作及重新休整工作的方格」。