对包括人类在内的130种哺乳动物的大脑进行核磁

- 编辑:大众自然网 -

对包括人类在内的130种哺乳动物的大脑进行核磁

特拉维夫大学的研究人员,由教授Yaniv艾瑟夫巴德学院的神经生物学,生物化学和生物物理学和神经科学的Sagol学校和学院的Yossi Yovel动物学教授,Sagol神经科学学院和斯坦哈特自然历史博物馆,进行了首开先河的研究旨在调查130年哺乳动物大脑连接。这个有趣的结果与广泛流传的猜想相矛盾,它揭示了大脑连通性水平在所有哺乳动物中是平等的,包括人类。

“我们发现大脑的连接性——即信息在神经网络中传递的效率——并不依赖于任何特定大脑的大小或结构,”Assaf教授说。换句话说,所有哺乳动物的大脑,从小老鼠到人类,再到大公牛和海豚,都表现出同样的连通性,信息在大脑内以同样的效率传递。我们还发现,大脑通过一种特殊的补偿机制来保持这种平衡:当两个半球之间的连接度高时,两个半球内部的连接度就相对低,反之亦然。”

参与者包括来自Beit Dagan的Kimron兽医研究所、TAU计算机科学学院和Technion医学院的研究人员。这篇论文发表在6月8日的《自然神经科学》上。

“大脑连通性是一个核心特征,对大脑的功能至关重要,”Assaf教授解释道。“许多科学家认为,与其他动物相比,人类大脑的连通性要高得多,这可能是‘人类动物’大脑功能优越的解释。”’”另一方面,根据约韦尔教授的说法,“我们知道关键特征在整个进化过程中是被保存下来的。例如,所有的哺乳动物都有四肢。在这个项目中,我们希望探索大脑连通性可能是所有哺乳动物保持这种类型的关键特征的可能性,无论它们的大小或大脑结构如何。为此,我们使用了先进的研究工具。”

该项目首先对大约130种哺乳动物的大脑进行了先进的扩散核磁共振扫描,每一种都代表着不同的物种。(所有的大脑都是从死去的动物身上取出来的,在这项研究中没有动物被实施安乐死。)从金龙兽医研究所获得的大脑代表了各种哺乳动物——从10克重的小蝙蝠到数百公斤重的海豚。由于其中约100只哺乳动物的大脑从未被mri扫描过,该项目生成了一个全新的、全球独一无二的数据库。32个活人的大脑也以同样的方式被扫描。这项检测大脑白质的独特技术,使研究人员能够重建神经网络:传递信息的神经元和轴突(神经纤维),以及它们相遇的突触(连接处)。

下一个挑战是比较不同类型动物的扫描结果,这些动物的大脑在大小和/或结构上差异很大。为了达到这个目的,研究人员使用了来自网络理论的工具。网络理论是数学的一个分支,使他们能够创建并应用一种统一的大脑电导率指标:在神经网络中,信息从一个位置传递到另一个位置所必须经过的概要的数量。

“哺乳动物的大脑由两个半球组成,它们通过一组神经纤维(轴突)相互连接,传递信息,”Assaf教授解释说。“对于我们扫描的每一个大脑,我们测量了四个连接测试仪:每个半球的连接(半球内连接),两个半球之间的连接(半球间连接),以及整体连接。我们发现,包括人类在内的所有哺乳动物,无论大小,大脑的整体连通性都是一样的。换句话说,信息通过相同数量的突触从一个位置传递到另一个位置。然而,必须指出的是,不同的大脑使用不同的策略来保持同样程度的整体连通性:一些大脑半球间的连通性很强,而另一些大脑半球内的连通性较弱,而另一些则相反。”

约韦尔教授描述了另一个有趣的发现。他说:“我们发现,连通性补偿的变化不仅体现在不同的物种身上,也体现在同一物种内的不同个体身上。”换句话说,与其他同种动物相比,一些老鼠、蝙蝠或人类的大脑表现出更高的半球间连接,而牺牲了半球内的连接,反之亦然。假设不同类型的大脑连接如何影响不同的认知功能或人类能力,如体育、音乐或数学,这将是很有趣的。这些问题将在我们未来的研究中得到解决。”

“我们的研究揭示了一个普遍的规律:大脑连接的守恒,”Assaf教授总结道。这一定律表明,所有哺乳动物,包括人类,大脑神经网络中信息传递的效率是平等的。我们还发现了一种补偿机制,可以平衡每个哺乳动物大脑的连通性。这一机制确保了大脑某个特定区域的高连通性(可能通过某些特殊才能(比如运动或音乐)表现出来)总是会被大脑另一部分相对较低的连通性所抵消。在未来的项目中,我们将研究大脑如何补偿与特定能力和学习过程相关的增强的连通性。”