由庞培法布拉大学（UPF）和牛津大学的神经科学研究揭示，尽管大脑中长距离连接稀少，但它们在解释大脑动态方面起着根本性作用。这些连接如同航空枢纽中的长途航班，直接连接不同的世界部分，无需中途停留，从而实现信息的快速、高效传输。
人类大脑是一个复杂的神经网络，大多数连接发生在相邻的大脑区域之间，并且这些区域也是迄今为止研究最多的。然而，最近发表在《美国国家科学院院刊》上的研究表明，虽然长距离连接较为罕见，但在解释大脑动态时却至关重要。
研究介绍
这些长距离连接的作用可以类比为航空枢纽的作用——通过长途航班直接连接地球的不同部分，无需中途转机，使旅程更加迅速。对于大脑而言，长距离连接能够更快、更直接地在相隔较远的区域之间传递信息，而无需经过所有位于其间的相邻区域。这使得信息处理更加优化和高效。
例如，在执行简单的任务如回忆刚刚看到的图像时，大脑会将负责短期记忆的额叶与处理图像感知的枕叶连接起来。
尽管如此，大多数以往的研究集中在短距离连接上，不仅因为它们数量庞大，还因为它们在我们作为物种进化过程中塑造了大脑的几何结构。许多大脑部分之所以折叠和皱褶，正是由于进化的运动使相邻区域更加接近，便于彼此之间的连接。因此，所谓的几何模型一直是分析大脑动态最常用的模型之一。
然而，研究人员指出，几何模型无法完全理解大脑作为一个整体的复杂动态，因为它忽略了那些稀有的长距离连接，而这些连接对于全面理解大脑动态至关重要。
研究方法
这项研究基于构建大规模计算模型来解释大脑动态背后的机制。作者展示了当模型包含短距离和长距离连接时，可以更好地理解人类大脑的功能复杂性。这种方法克服了几何模型仅基于相邻区域的短距离连接来解释大脑整体时空动态的局限性。
文章的第一作者Jakub Vohryzek（UPF）评论道：“解释大脑结构如何产生其动态是神经科学的主要追求之一。我们想找出大脑功能配置的主要约束是什么。近年来，大脑连接性和几何学已成为脑结构的重要特征。我们的研究统一了这些原则，并扩展了先前的研究，因为它考虑了异常的长距离连接作为塑造人类大脑认知的决定性特征。”
Vohryzek目前是UPF脑与认知中心（CBC）计算神经科学研究组的一员，该组由全职教授Gustavo Deco领导，他是这项最新研究的主要研究员，与牛津大学的Morten L. Kringelbach共同指导了Vohryzek的博士论文。
研究未来
这项研究使用了来自Human Connectome Project数据库的数据，涉及255名健康年轻人在执行特定任务或处于休息状态下的大脑活动数据。这些数据被世界各地的神经科学家共享，用于关于大脑连接性的研究。
基于这项研究的结果，新的研究路线可以被启动，以更好地理解各种神经精神障碍的原因，这些障碍可能与长距离连接功能障碍有关。此外，这项研究也为了解人类大脑与其他动物大脑之间的差异提供了线索，并为进一步探讨物种进化过程奠定了基础。例如，继续这一研究方向可能会揭示智人大脑是如何成形并与其他物种（如与我们有共同祖先的猿类）区分开来的。
Gustavo Deco总结道：“这项研究不仅推进了我们对大脑解剖如何塑造大脑动态的理解，还探索了稀有的长距离连接的独特贡献。这表明，大脑的长距离结构连接在紧急信息处理中发挥了关键作用，可能是由进化压力塑造的，从而使复杂的认知功能得以出现。未来的跨物种比较研究将有助于阐明这些发展。”
新闻来源：美国国家科学院院刊
论文参考：DOI: 10.1073/pnas.2415102122
热门跟贴