我国科学家揭示人类大脑皮层的复杂布局

  记者18日从中国科学院自动化研究所获悉，该所脑网络组团队通过研究揭示了人类大脑皮层连接拓扑结构与遗传特性的内在关系，相关研究已在《神经科学杂志》上发表。

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  中国科学院自动化研究所研究员樊令仲介绍，当我们思考、学习、感知世界时，大脑中的神经网络正在悄无声息地运转。千亿个神经元通过数以万亿计的连接，将信息高速传递。

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  这些复杂连接的布局是如何形成的？为什么不同脑区如此规则地分布在大脑皮层？“人脑在胚胎发育时就已经开始按照某种‘设计图’进行建造，而这张设计图的‘蓝图’正是基因。”樊令仲说。

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  “我们的研究提出一种假设：考虑到基因和连接在数目上的巨大差异，遗传编码与区域间连通性之间并非简单的一一对应关系，而是通过某种更高效的组织原则，使基因在大脑皮层上呈现特定的嵌入模式，从而指导白质纤维束在空间中的布线。”论文第一作者、中国科学院自动化研究所博士生李德莹说。

  李德莹介绍，通过对数据的综合分析，研究团队发现了三种主导的脑连接拓扑轴——背腹轴、前后轴和内外轴。这三个轴不仅反映了皮层内连接的变化规律，还与胚胎期发育中的形态发生梯度和遗传梯度密切相关。

  樊令仲表示，这项研究的核心结果之一，就是定义了全脑尺度的脑连接模式，即“全局连接拓扑”，并发现其与基因表达之间存在显著的吻合。这种吻合表明，尽管基因数量与神经连接数量相差悬殊，但基因可以通过某种简单的规则影响复杂的连接布局。由此推测，大脑的组织方式遵循了一套由基因定义的“隐形规则”。（记者宋晨）