▎药明康德内容团队编辑 

“左脑负责理性思考，右脑负责创造力。”很多人曾经、甚至现在依然对类似这样的说法信以为真。这是因为，很长时间以来，对大脑的研究往往会把大脑划分出几个区域，分别研究单个脑区的功能。

但现在，许多神经科学家指出，是时候以新的方式来提升我们对大脑运行原理的认识了：大脑的各种功能，关键不在于某一个脑区，而是来自于不同区域之间的交流。

▲最新《科学》封面专题

每个人的大脑由上千亿个神经元组成，每个神经元都与成千上万的其他神经元连接，神经元及其错综复杂的连接共同形成了一个庞大的“互联网”，构成了行为和认知的基础。科学家们由此提出了一个叫做“连接组”（connectome）的概念，用来综合概括神经元和脑区是如何相互连接的。

最新一期《科学》杂志，同时用四篇综述从多个角度为我们带来了有关大脑连接的最新洞见。科学家们相信，通过大脑连接的新角度，我们将更好地理解为什么每个人的大脑都不一样。

第一篇综述中，两位神经科学家总结了大脑的连接与功能之间的关系，指出“大脑连接决定了大脑的功能组织”。

作者Michel Thiebaut de Schotten博士和Stephanie Forkel博士强调，大脑连接不仅仅是脑区之间的信号传递，而是可以放大或缩小信号，并决定大脑的结构和功能。行为和认知通过大脑皮层区域的互动而产生，而这需要借助密集连接的神经网络对远近区域进行协调和整合。

“以语言为例，”Forkel博士说，“结果总要大于各部分的加和。沟通交流时，你需要非常迅速地理解特定上下文里的话，并根据交谈对象加以考虑情感意图。如果大脑以‘模块化’的方式工作，我们不会在如此短的时间里对这些不同的语言要素做出计算。”

相比过去将大脑分模块来认识的传统模型，以大脑连接的角度认识大脑将更好地揭示个体之间的差异。弄清楚人和人之间的大脑连接差异，以及物种和物种之间的大脑连接差异，将有助于理解大脑的各种认知特征，以及大脑如何演化。

▲通过大脑连接的差异认识大脑演化（图片来源：参考资料[1]）

另一方面，各种大脑病变也可以从连接被中断的角度来重新认识，例如视觉网络和语言网络的连接中断导致了失语症。而新的认识方法可能对临床治疗产生很大影响。"有一些脑部病变的病人没有任何症状，或者有一些你想不到的症状。在一项研究中，我们研究了病变是如何影响整个大脑网络的，我们可以表明，通过连接模式我们可以对患者有哪些症状或一年后会出现哪些症状做出长期预测。"Forkel博士说。

第二篇综述则突出了对人类大脑结构连接的研究进展。作者强调，要全面了解连接组，需要把大脑连接作为一个多尺度的系统来处理，从分子、细胞层面一直到宏观层面，不同空间尺度的测量不可或缺。

▲扩散MRI和纤维束成像（图片来源：参考资料[2]）

科学家们也在文章中讨论了新兴的成像技术有助于扩展人们对连接组的认识，如扩散磁共振成像（dMRI)、纤维束成像（tractography），同时结合机器学习和计算模拟可以对实验数据缺失的地方进行预测。

斯坦福大学的Jin Hyung Lee教授与同事在第三篇综述中探讨了一些最新进展对大脑环路功能和障碍带来的洞见。这些进展包括细胞类型特异性神经调节、全脑功能成像和计算建模等方面，可以用于开发模拟大脑功能的新方法，以便了解神经系统疾病（如帕金森病）的全脑环路机制，为将来开发新疗法铺平道路。

最后一篇综述的作者则总结了目前在啮齿动物模型上绘制不同尺度的大脑连接所使用的实验技术，并讨论了如何将不同的数据集结合起来以便创建三维的大脑参考图集。

“大脑不只是组成它的那些细胞。大脑中的每个神经元都与成千上万的其他神经元相连接——但我们拥有的不是一种嘈杂的连接，而是一种同步的交响乐。如果没有平稳运行的连接，大脑仅仅只是很多神经元的堆砌。”《科学》杂志的高级编辑Peter Stern博士在这组有关大脑连接的专辑中总结说，通过“连接”的角度，我们将对人类大脑的运行原理有全新的认识。

参考资料：

[1] Michel Thiebaut de Schotten & Stephanie J. Forkel Science (2022).The emergent properties of the connected brain. Doi: 10.1126/science.abq2591

[2] Markus Axer & Katrin Amunts Science (2022). Scale matters: The nested human connectome. Doi: 10.1126/science.abq2599

[3] Jin Hyung Lee et al., Science (2022) Solving brain circuit function and dysfunction with computational modeling and optogenetic fMRI. Doi: 10.1126/science.abq3868

[4] Trygve B. Leergaard & Jan G. Bjaalie Science (2022) Atlas-based data integration for mapping the connections and architecture of the brain. Doi: 10.1126/science.abq2594

[5] New view on the brain: It’s all in the connectionsRetrieved Nov. 4, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/969250