大腦神經元連接協調恰似“交響樂”

人類大腦有近860億個神經元，每個神經元有多達10000個突觸，形成了一個龐大的互連網路，構成了行為和認知的基礎。最新一期《科學》特刊連發4篇文章，綜述了科學家對大腦複雜連接（“連接組”）及其如何驅動大腦功能和産生功能障礙的理解，介紹了用於探索大腦連接的神經科學創新技術。

《科學》雜誌高級編輯皮特·斯特恩在特刊引言中寫道，大腦不僅僅是它的組成細胞。大腦中的每個神經元都與其他數千個神經元連接，但不是一片嘈雜的連接聲，而是同步的交響樂。沒有平穩運作的連接，大腦只不過是一堆神經元。

法國波爾多大學和荷蘭內梅亨大學研究人員總結了大腦連接和大腦功能之間的關係，即核心大腦功能需要通過密集連接的網路在局部和遠處大腦區域之間進行整合。他們概述了大腦連接的功能作用及其在進化和疾病中的作用。

德國于利希研究中心團隊闡述了人類大腦結構連接的研究進展，並討論了在不同空間尺度上測量的重要性。連接組是指對神經元和大腦區域如何相互連接的綜合描述。然而，要充分了解連接組，就需要從分子和細胞水準到宏觀水準，將大腦連接作為一個多尺度系統來處理。團隊討論了擴散磁共振成像（dMRI）和牽引成像等新興成像技術，以及機器學習和計算模擬，如何極大地擴展了人們對連接組的了解。

美國斯坦福大學團隊探討了細胞類型特異性神經調節、全腦功能成像和計算建模的最新進展，揭示了大規模腦回路功能和功能障礙的新見解。這些發展有助於開發模擬大腦功能的新方法，用以複製和探測神經系統及其行為，從而改進神經系統疾病（包括帕金森病）的治療方式。

挪威奧斯陸大學團隊回顧了用於在嚙齒動物模型中繪製不同尺度的大腦連接的各種實驗技術，並討論了將這些不同的數據集組合在一起以創建大腦三維參考圖譜的方法。這種方法可促進與其他微架構特徵相關的神經網路組織全腦分析。

【總編輯圈點】

大腦之了不起，在於神經元；而神經元之了不起，並不在於每個獨立個體，而在於其連接。這種連接恰如高級通信網路，指揮著所有生物的行為。它們的精準性對於人類的生存也至關重要，一旦發生錯誤，形成神經發育問題，就會出現智力障礙、自閉症譜係障礙等疾病。科學家想深入了解這種連接並不容易，但這一領域每前進一步，都可以讓我們更明確哪些基因突變會帶來疾病，從而更好地進行預防和治療。