科技日報記者 張佳欣
一個多世紀以來，研究人員一直認為，定義我們的經歷、希望和夢想的大腦活動模式，是由不同的大腦區(qū)域通過數(shù)萬億個細胞連接組成的復雜網絡相互溝通的方式決定的。澳大利亞莫納什大學特納大腦和心理健康研究所的研究人員領導的一項研究檢查了1萬多張不同的人類大腦活動地圖，發(fā)現(xiàn)人腦的整體形狀對思維、感覺和行為的影響遠遠大于其復雜的神經元連接。
5月31日發(fā)表在《自然》雜志上的這項研究，綜合了物理學、神經科學和心理學的方法，推翻了強調復雜大腦連接重要性的百年范式，確定了以前未被重視的大腦形狀和活動之間的關系。
莫納什大學特納研究所和心理科學學院研究員詹姆斯·彭博士表示，這些發(fā)現(xiàn)意義重大，因為它們極大地簡化了研究大腦功能、發(fā)育和衰老的方式。這些發(fā)現(xiàn)增加了直接根據(jù)大腦的形狀預測大腦功能的可能性，為探索大腦如何導致個體行為差異以及精神和神經疾病的風險開辟了新途徑。
研究小組使用磁共振成像來研究本征模式，其中系統(tǒng)的不同部分都以相同的頻率被激發(fā)。本征模式通常用于研究物理和工程等領域的物理系統(tǒng)，最近才被用于研究大腦。這項工作的重點是開發(fā)最好的方法來有效地構建大腦的特征模式。
研究人員表示，就像小提琴弦的共振頻率由其長度、密度和張力決定的一樣，大腦的本征模式也由其結構，即物理、幾何和解剖屬性決定，但哪些特定屬性最重要仍是個謎。
該團隊比較了從大腦形狀模型獲得的特征模式與從大腦連接模型獲得的特征模式對不同活動模式的解釋能力。結果發(fā)現(xiàn)，由大腦幾何學定義的特征模式（輪廓和曲率）代表了對大腦功能最強的解剖學限制，就像鼓的形狀影響它發(fā)出的聲音一樣。
利用數(shù)學模型，研究人員證實了理論預測，即幾何形狀和功能之間的密切聯(lián)系是由傳播到整個大腦的波狀活動驅動的，原理類似于池塘的形狀影響落在水面的鵝卵石形成的波紋。
