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最新研究:大腦活動之複雜令人無法想像

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【大紀元2016年01月12日訊】(大紀元記者張秉開編譯報導)科學家首次同時使用兩種方法繪製人腦功能聯繫圖譜(connectome),顯示出大腦思維活動的無數信號走行方向,其複雜程度令人不可想像。

據科技博客網站ExtremeTech 1月11日報導,德國慕尼黑工業大學(Technischen Universitaet Muenchen)使用一種新的醫學生理研究方法——代謝連接繪圖法(MCM,全稱為metabolic connectivity mapping)。

該方法同時使用fMRI(功能磁共振成像)和PET(正電子發射斷層掃瞄)兩種方法描記大腦中的神經細胞活動情況,繪製出大腦神經細胞之間像無數縱橫交錯的光導纖維那樣的活動聯繫。從整體上看,大腦皮層和皮層下的聯繫方向為縱向走行,皮層內或皮層下的大腦組織間的聯繫為橫向走行;但仔細觀察局部,那些神經細胞之間的信號聯繫比迷宮還複雜。

研究者在論文中表示,由於人腦的活動太複雜,目前的各種方法都無法實時檢測人腦思維時全部信號的活動情況,所以只能選擇某一特定時刻研究部份信號聯繫的特點。

人腦信號通路模式局部放大圖。 (視頻截圖)
人腦信號通路模式局部放大圖。 (視頻截圖)

研究者描述,該試驗方法也有局限性,如選定最容易研究的時刻——試驗者睜眼和閉眼時的大腦活動,而沒有觀察人在感覺和認知時的腦神經活動情況,因為那樣的情況太複雜以至於無法進行試驗。

報導說,科學家知道,即使再先進的醫療成像技術也無法全面記錄人大腦在日常生活中的信息活動。如fMRI沒有能力跟蹤大腦的活動,只能根據大腦組織的一些斷面情況合成一個大致精細的3D圖像。PET只能掃瞄大腦糖代謝的數據。慕尼黑工業大學的科學家為了嘗試闡述人腦的有序解剖連通特徵,在同一時間使用PET掃瞄數據與功能磁共振成像數據,跟蹤大腦在活動時的信號走行方向。

因為人腦實在複雜,科學家只能儘可能地將研究內容簡化、簡化、再簡化。在該項研究中,研究者設定觀測前提為所有大腦神經細胞消耗的能量水平都不同,以及一些神經細胞在信號交換中消耗了大部份能量,因此研究者才能得到試驗結果。即使該試驗相對來說比較簡單,其結構足以讓人驚嘆腦的複雜程度是不可思議的。

另據gizmag 2015年9月報導,人腦功能聯繫圖譜是研究人腦功能的新興學科。科學家在進行人腦功能聯繫圖譜研究中,遇到挑戰之一是對巨大數據的處理。

因為大腦細胞總數為上千億個,細胞之間的信息聯繫方式(如突觸)總數是細胞數量的幾十、上百倍,所以在大腦試驗中所收集的信號聯繫數據之多幾乎無法儲存,更不必說如何處理和分析。科學家只能粗略地選擇局部大腦細胞進行大致的研究,從而得到一個籠統的結果。

責任編輯:蘇漾

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2016-01-12 8:29 PM
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