「迄今最精密大腦連接圖」「哈伯望遠鏡」首次看清神經網路所有連接

1 新智元原創

Fergus Walsh 是個很喜歡大腦掃描的人，準確說，是很喜歡大腦「被掃描」的人。作為英國 Biobank 項目的第一名志願者——英國 Biobank 項目讓人志願提供他們的大腦和其他器官供科學掃描，是世界上最大的掃描項目——到目前為止，Fergus Walsh 已經多次把自己的大腦「借出去」，給不同的科學家做掃描。

2006 年，Walsh 第一次讓人掃描他的大腦，當時負責實驗的科學家是已故的彼得·曼斯菲爾德爵士。彼得·曼斯菲爾德爵士因其在開發核磁共振成像方面的貢獻獲得了諾貝爾獎。核磁共振成像，也即我們常說的 MRI 技術，是醫學的一大突破，也是我們了解大腦的重要手段。

Walsh 在他的文章里寫道，

［彼得·曼斯菲爾德爵士］用諾丁漢大學強大的新特斯拉掃描儀掃描了我。當我們看到清晰、高解析度的圖像時，他對我說：「我是物理學家，所以不要讓我告訴你，你大腦有沒有什麼不舒服——那個你得問神經病學家。」

就在前一段時間，Walsh 參與了一項研究，在玩電腦遊戲時讓他的大腦被掃描。這項實驗是研究睡眠剝奪對認知影響的一部分。因此，當 Walsh 去到卡迪夫大學的腦研究中心（Cardiff University"s Brain Research Imaging Centre，CUBRIC），再一次借出他的大腦時，他並沒有特別注意。

但他已經置身一項會在腦科學發展史上留名的研究。

這次 MRI 掃描儀的成果，顯示了所有承載大腦思維過程的纖維，是迄今最詳盡的大腦連接圖。

醫生希望這將有助於促進我們對一系列神經系統疾病的了解。不僅如此，這些掃描圖還可能用於代替侵入性活檢，在臨床上也有重大意義。

卡迪夫大學的研究者製作出迄今最詳盡的大腦連接圖，能夠顯示電信號傳遞的方向以及神經元之間連接的密度。其中，顏色顯示了信息傳遞的方向：綠色代表從後往前，紅色從左往右，藍色從上到下。此外，顏色還表示了纖維的密度：紅色表示從裡到外逐漸便細，綠色表示密度適中，白色代表最粗的部分。來源：BBC

Walsh 在他發表於 BBC 的文章里寫道，掃描花了 45 分鐘，沒什麼大不了的。他的家人還在旁邊開玩笑，說很高興在他的頭骨里發現了大腦。

在這裡補充一個背景信息，做核磁共振掃描時，人要儘可能地保持靜止不動，這樣才能得出清晰可靠的結果。在 45 分鐘的時間裡，全力躺著不動，實際上是超級辛苦的體力活。所以，不要看 Walsh 輕描淡寫，他（還有在旁邊支持他的家人）真的為科學付出了很多。

展示神經元之間的連接密度和信號傳遞方向

當掃描結果出來時，Walsh 被震驚了。相信看到這些圖像的你應該也能想像得到。圖中的「絲線」是大腦白質里被稱為「軸突「的纖維。掃描圖顯示了是大腦神經網路的連接圖，這些「線路」攜帶了幾十億個電信號，承載了我們稱之為「思維」的東西。

這些最新的掃描不僅顯示了信號傳遞的方向，還顯示了大腦神經元之間連接的密度。

據 Walsh 介紹，參與實驗的另一名志願者是患有多發性硬化症（MS）的 Sian Rowlands。MS 是一種慢性、炎症性、脫髓鞘的中樞神經系統疾病，急性活動期中樞神經白質有多發性炎性脫髓鞘斑，陳舊病變則會因膠質纖維增生而形成鈣化斑。MS 癥狀包括感覺改變、視覺障礙、肌肉無力、憂鬱等等。

Rowlands 和 Walsh 一樣，也是「大腦被掃描」的常客，早就見慣了她的大腦被各種掃描，但 Rowlands 看到這些新圖像時也不禁感嘆「令人震驚」。

這是因為常規的大腦掃描圖雖然能夠清楚地顯示 MS 患者腦部的病變，也即損傷區域。但是，這種先進的掃描還能夠進一步顯示軸突密度（axonal density），而後者能夠幫助解釋病變是如何影響運動和認知神經通路的。

掃描顯示大腦白質中的纖維，稱為軸突。在這裡，顏色顯示了信息傳遞的方向：綠色代表從後往前，紅色代表從左往右，藍色代表從上到下。來源：BBC

堪比哈勃望遠鏡的 MRI 掃描儀，全球僅 3 台

能夠得到這些非凡的圖像，歸功於專門的 MRI 掃描儀，全世界僅有 3 台。

CUBRIC 主任 Derek Jones 教授表示，他們使用這種新的掃描儀，感覺就像握住哈勃望遠鏡一樣，可見其清晰度。

「我們第一次能夠同時關注結構和功能，」Jones 說。

掃描儀本身並不特彆強大，但它能隨著位置的變化而迅速改變其磁場強度，意味著科學家能夠將軸突清晰地描繪出來。

再補充一個信息：50 根軸突加在一起才相當於 1 根人類頭髮那麼粗。

掃描儀能隨著位置的變化而迅速改變其磁場強度，因此能夠將軸突清晰地描繪出來。顏色展示了纖維的密度：紅色表示從裡到外逐漸便細，綠色表示密度適中，白色是最粗的部分。來源：BBC

醫生希望這種掃描將增加對神經系統疾病的理解。來源：BBC

現在，這台掃描儀正用於多種神經系統疾病的研究，包括 MS、精神分裂症、痴呆和癲癇。

了解更多，你可以點擊「閱讀原文」，查看 Walsh 發表在 BBC 的記述：

What the brain"s wiring looks like.

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