科技日報記者 陸成寬
我們思考、學習或感知世界時，離不開大腦神經網絡的高速運轉。但這個網絡究竟是如何形成的，一直困擾著科學家。記者20日從中國科學院自動化研究所獲悉，該所科研人員成功破解人類大腦神經網絡的“生長密碼”，揭示了人類大腦皮層連接拓撲結構與遺傳特性的內在關系。相關研究成果發(fā)表于《神經科學雜志》。
人腦在胚胎發(fā)育時就已經開始按照某種“設計圖”進行建造，而這張設計圖的“藍圖”正是基因。在這項研究中，科研人員利用彌散磁共振成像技術，成功構建了全腦連接圖，并發(fā)現腦內的連接并非隨機分布，而是按照三種主要的拓撲軸分布：從上到下的背腹軸、從前到后的前后軸和從內到外的內外軸。
“這三個軸不僅反映了皮層內連接的變化規(guī)律，還與胚胎發(fā)育時期的形態(tài)發(fā)生梯度和遺傳梯度密切相關。它們就好像是腦內連接的‘主干道’，將不同功能的腦區(qū)有序串聯起來?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院自動化所研究員樊令仲說。
同時，科研人員還發(fā)現大腦連接的分布規(guī)律與基因表達存在驚人吻合。就像建筑工人按照設計圖紙施工，形態(tài)發(fā)生原相關基因會朝著特定方向“亮燈”，指揮神經纖維朝著預定方向鋪設。“我們發(fā)現基因不是簡單按‘一個基因控制一條連接的形成’的方式工作，而是像交響樂團指揮家，通過整體調控影響整個網絡的布局?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅袊茖W院自動化所博士生李德瑩形象地比喻。
樊令仲表示，這項成果不僅有助于深入理解大腦的功能分區(qū)以及遺傳對大腦組織規(guī)律和功能的影響，還為理解大腦皮層的區(qū)域分化、功能整合以及神經環(huán)路的形成提供了新的視角，為探索神經發(fā)育障礙和腦疾病的遺傳機制提供了新的線索。
