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一项具有里程碑意义的研究发现,大脑的形状会影响其工作方式

本站发布时间:2023-11-21 14:43:56

一个世纪以来,研究人员一直认为,定义经验、希望和梦想的大脑活动模式是由不同的大脑区域通过细胞连接的复杂网络相互交流决定的

现在,来自莫纳什大学特纳大脑与心理健康研究所的研究人员的一项研究已经检查了超过10000种不同的人类大脑活动,发现一个人大脑的整体形状会对我们的思维、感觉和行为产生影响,而这些都是三元神经连接的基础

这项研究发表在今天的《自然》杂志上,汇集了物理学、神经科学和心理学的方法,以扭转百年来的旧范式,强调了复杂大脑连接的重要性,而不是识别大脑形状和活动之间以前未被重视的关系

来自特纳研究所和莫纳什大学心理科学学院的Leadauthor and Research Fellowers JamesPang博士说,定义之所以重要,是因为它们极大地简化了我们可以研究降雨功能、发展和年龄的方法

潘博士说:“这项工作为了解痴呆和中风等疾病的影响打开了一个机会,因为大脑形状模型与大脑全方位连接的模型相去甚远。”

他说:“我们长期以来一直认为,特定的思想或补偿会在小提琴的特定部分引发活动,但我们的研究发现,事实上,这种结构和模式几乎在整个演奏过程中都会发生变化,就像音乐音符是由小提琴弦整个长度上发生的振动引起的,而不仅仅是由不同的片段引起的一样。”

研究小组使用核磁共振成像(MRI)来研究发电模式,这些发电模式是系统中振动或励磁的全部模式,其中系统的不同部分被集中在相同的频率上特征模式通常用于研究物理系统,而不是物理和工程,并且最近才被用于研究降雨

这项工作的重点是开发有效构建该软件生成模式的最佳方法

首席作者、英国伯明翰大学和悉尼大学的KevinAquino博士说:“尽管航空弦的频率是由其长度、密度和张力决定的,但其生成模式是由其结构——物理、几何和化学——特性决定的,而哪些特定特性最重要,仍然是个谜。”

该团队由特纳研究所和心理科学学院的研究员AlexFornito教授领导,比较了与大脑连接模型中的特征模式相比,大脑形状模型中的本征模式如何解释不同的活动模式

Fornito教授说:“我们发现,由彩虹几何定义的特征模式——它的轮廓和曲率——代表了大脑功能的原子约束范围,很大程度上影响了它所能发出的声音。”

“使用数学模型,我们证实了某些类型和功能之间的闭合预测是由类似于通过雨水传播的活动驱动的,就像池塘的形状影响了由卵石形成的波浪一样,”他说

“这些定义是直接从大脑的形状预测大脑功能的可能性,为研究大脑如何导致个体在精神和神经疾病的行为和技能方面的差异开辟了新的途径。”

研究发现,在超过10000个核磁共振成像活动图中,获得了由神经学家开发的不同任务的一部分,这些活动由具有很长波长的空间模式的基因模式主导,延伸距离超过40mm

潘博士说:“这一结果与传统情况相反,在传统情况下,不同任务中的活动通常被认为发生在活动的集中、孤立的区域,因此传统的脑图绘制方法可能只会在了解大脑如何工作时显示冰山的高度。”


来源:

Materials provided by
Monash University.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marianne Oldehinkel, Peter A. Robinson, Ben D. Fulcher, Michael Breakspear, Alex Fornito.
    Geometric constraints on human brain function. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1

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