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孟娟 戏说猕猴脑皮层图谱

发布时间:2022-07-18

编者按:脑科学对各种脑功能的解析、脑疾病的诊断治疗、类脑智能和脑机接口的技术开发,都具有非常重要的意义,中科院之声与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合开设“脑智擘未来”专栏,为大家解读视觉、学习记忆、注意力、抉择、意识、语言、共情、合作等日常生活中常见行为和现象的研究方式和科学发现。

[video:戏说猕猴脑皮层图谱丨脑智擘未来]

  1970年,神经学家Paul MacLean/保罗提出了关于“三位一体的大脑”的假说,他认为依据动物在进化史上的顺序,从爬行动物到古哺乳动物、新哺乳动物脑;可将目前人类大脑分成三个部分:

  本能脑:它负责基本生理和求生功能:包括战斗、逃跑或僵住。

  情感脑:它主要调控情绪和记忆相关。

  理性脑:参与我们的思维活动,包括思考、分析、逻辑、想象、创造等,也就是后续会着重为大家介绍的新皮层区域。

  大脑作为人体最重要的组成器官,但是大概只占身体比重的2%,成年人的大脑大约1.5kg,灵长类动物猕猴成年时期的大脑也只约87g。小小的脑袋为什么能掌控全局,支配我们如此庞大的躯体?主要是靠其中暗藏的上亿的神经元。

  而新皮层中的神经元是自胚胎时期就开始蓄力生长发育,一开始这些神经细胞都来自同一个母体,通过分裂分化不断增加。但就像常说的“龙生九子各有不同”,随着年龄和阅历的增长,这群神经元逐渐形成了明显的阶级特征,从上层到下层共有6个等级。

  这些神经元不只是阶级特征明显,也是群居性细胞,有着相同功能的神经元喜欢抱团在一起,渐而可以看到整个新皮层被分为四个大区,各有神经元统辖管理自己的区域。

  首先是额叶,是脑门上的这块区域,这里的神经元都极具数学天赋,十分擅长计算,也是老话说的“脑门儿大就聪明”。

  颞叶中的神经元对声音和语言更为敏感,往往具备成为音乐家的天赋。

  枕叶中的神经元和我们的眼睛搭配一起为我们带来极致的视觉体验。

  而顶叶作为整个脑袋的最上方,负责整合各种感官信息,让我们感受外界并作出反应,就像灵敏的运动员。

  除了明面上的四大区,总有些神经元像罗密欧与朱丽叶跨越阶级。这些神经元通过他们长短不一的轴突四处延伸,到处撩拨,跨越阶级甚至是所在区域与不同神经元形成连接。

  这种互相连接的神经元越来越多,他们的势力不断增加,甚至发展出了一系列情报网络,也正是如此形成了四大区虽彼此分隔又互相协调的局面,共同守护皮层。

  因为这些神经元的发展越来越猛烈,引起了一些科研人员的注意,然后在技术党们新研发的单细胞测序技术的帮助下,人类开始从分子水平上获取这些神经元在皮层中的组成类型。

  2020年,两个名叫“神经所”和“华大”的组织来势汹汹,一个本着与神经元同一姓氏想要更好了解自己家族企业的目的,一个带着叫空间转录组的新型工具。

  首先把大脑从前到后进行切片,再贴到这些特制的芯片上,便可以捕获这些神经元,区分它们的类别,还可以同时定位到具体的位置,找到它们的老家。

  这就是脑中所有细胞类型的分布图,从而这些神经元来自何种阶级,上层还是下层,抑或是来自四大区的那一区都会现于人前。

  还可以再深入研究一些分布特殊,或者是说掌握重要情报的神经元,如绿色的这种神经元倾向分布在前方,红色的主要分布在后方。我们可以进一步探讨他们与一些常见神经性疾病的关系。当然这些都是最基础的脑研究,距离真正的临床应用还有遥远的距离,但我们相信,不断积累的基础研究结果终有一天能走入我们的日常生活,发挥实处。

  作者:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 孟娟

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