研究发现,所有哺乳动物的大脑都具有相同的连通性

   日期:2025-01-30     来源:本站    作者:admin    浏览:67    
核心提示:      特拉维夫大学的研究人员在神经生物学、生物化学和生物物理学院和萨戈神经科学学院的Yaniv Assaf教授和动物学院、萨

  

  

  特拉维夫大学的研究人员在神经生物学、生物化学和生物物理学院和萨戈神经科学学院的Yaniv Assaf教授和动物学院、萨戈神经科学学院和斯坦哈特自然历史博物馆的Yossi Yovel教授的带领下,进行了一项史无前例的研究,旨在调查130种哺乳动物的大脑连接。这一有趣的结果与广泛的猜测相矛盾,它揭示了所有哺乳动物(包括人类)的大脑连接水平是相同的。

  参与者包括来自Beit Dagan的Kimron兽医研究所、特拉维夫大学计算机科学学院和以色列理工学院医学院的研究人员。这篇论文于6月8日发表在《纽约时报》上。

  “大脑连接是一个核心特征,对大脑的功能至关重要,”阿萨夫教授解释说。“许多科学家认为,人类大脑的连通性比其他动物要高得多,这可能是‘人类动物’功能优越的一个解释。另一方面,根据Yovel教授的说法,“我们知道关键特征在整个进化过程中都是保守的。因此,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接可能是这种关键特征的可能性——在所有哺乳动物中都保持着,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只哺乳动物的大脑进行了高级扩散核磁共振扫描,每只哺乳动物代表一个不同的物种。(所有的大脑都是从死去的动物身上取下来的,而且在这项研究中没有对动物实施安乐死。)从金龙兽医研究所获得的大脑代表了非常广泛的哺乳动物-从10克重的小蝙蝠到体重可达数百公斤的海豚。由于大约100种哺乳动物的大脑以前从未被mri扫描过,因此该项目产生了一个新颖的、全球独一无二的数据库。32名活人的大脑也以同样的方式被扫描。这项独特的技术可以检测大脑中的白质,使研究人员能够重建神经网络:神经元和它们的轴突(神经纤维),通过它们传递信息,以及它们相遇的突触(连接)。

  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。为此,研究人员使用了网络理论(Network Theory)的工具,网络理论是数学的一个分支,它使他们能够创建并应用一种统一的脑电导率测量方法:一条信息在神经网络中从一个位置到达另一个位置必须经过的神经突触的数量。

  “哺乳动物的大脑由两个半球组成,通过一组神经纤维(轴突)相互连接,传递信息,”阿萨夫教授解释说。“对于我们扫描的每个大脑,我们测量了四个连接性指标:每个半球的连接性(半球内连接),两个半球之间的连接性(半球间)和整体连接性。”我们发现,所有哺乳动物,无论大小,大脑的整体连接都是一样的,包括人类。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,必须说的是,不同的大脑使用不同的策略来保持这种相同的整体连通性:一些大脑表现出强烈的半球间连通性和半球内较弱的连通性,而另一些则相反。”

  Yovel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是不同物种的特征,也是同一物种中不同个体的特征。”“换句话说,与同一物种的其他物种相比,一些老鼠、蝙蝠或人类的大脑表现出更高的半球间连通性,而代价是半球内的连通性,反之亦然。”假设不同类型的大脑连接如何影响各种认知功能或人类能力,如运动、音乐或数学,这将是一件有趣的事情。这些问题将在我们未来的研究中得到解决。”

  阿萨夫教授总结道:“我们的研究揭示了一个普遍规律:大脑连通性的守恒。”这一定律表明,所有哺乳动物,包括人类在内,大脑神经网络的信息传递效率都是一样的。我们还发现了一种补偿机制,可以平衡每种哺乳动物大脑中的连接。这种机制确保了大脑特定区域的高连通性,可能通过某些特殊才能(例如体育或音乐)表现出来,总是与大脑另一部分相对较低的连通性相抗衡。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连接。”

 
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