新观点：大脑活动更像是“池塘里的涟漪”，而非网络信号

来源：未知 │ 发表时间：2023-07-11　| 浏览数：载入中...

1.该项研究人员挑战了传统的大脑“连接组学”的观点，认为大脑功能可能更类似于池塘中的涟漪，而不是电信网络中的信号。

2.实验发现：他们的波模型使用有关大脑形状的信息，比神经元连接数据更准确地预测activate模式。

3.虽然该研究表明理解大脑功能的范式转变，但批评者认为该研究没有考虑简单刺激引起的局部大脑活动模式。

现代神经科学是由一种观念主导，其根源可以追溯到 19 世纪中叶。大约在这个时候，行为神经学家开始将言语和各种其他功能与大脑的特定区域联系起来。随后，圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔 (Santiago Ramón y Cajal) 制定了神经元学说。

科尔比尼安·布罗德曼 (Korbinian Brodmann) 发表了他开创性的大脑图谱，根据细胞结构将大脑皮层细分为52 个区域。

逐渐地，人们出现了这样的想法：大脑由离散的区域组成，其中包含功能特化的细胞群，这些细胞被组织成相互连接的网络，通过短程和长程神经纤维相互作用。

这种大脑的“连接组学”观点得到了较广使用的神经影像技术的强化，这些技术可以将认知任务期间activate的大脑区域以及连接它们的白质束可视化。

连接组方法依赖于抽象的解剖学表示，不考虑几何和拓扑等物理特性。但我们从物理学和工程学中知道，这些东西确实很重要。

例如，系统动力学是受约束的运动模式，其中系统的所有部分以相同的频率振荡。还有一个例子，小提琴弦发出的声音，它是由它的长度、密度和张力决定的。

因此，较新的实验表明，这些共振波模式（称为“本征模式”）也在塑造大脑活动方面发挥着作用。并提出，人脑特有的褶皱有助于推动其运作，基于大脑几何形状的模型比基于“连接组”的模型可以更好地解释神经活动的新观点。

目前，澳大利亚研究人员的一项研究确定了“大脑的几何形状的模型如何塑造其功能”的一个迄今为止未被认识的作用，通过本征模式决定活动如何在其表面传播的证据来挑战连接组学的观点。

研究人员使用数学模型来计算脑电波如何在大脑的皱纹表面传播，并检查了从数千个单独的神经成像实验中获得的10,000 个大脑活动图，在这些实验中，被试者执行了各种各样的认知任务。

他们的模型表明，大多数活动图与分布在几乎整个大脑的活动模式相关。这些模式不是局限于根据连通性传播的离散区域，而是更准确地描述为波状activate。

同时，研究者还使用一个简单的波模型对大脑的电活动进行了计算机模拟，该模型用于研究地震等物理现象。尽管*使用有关大脑形状的信息来限制波运动，但它也比连接数据更准确地预测activate模式。

该项研究的实验人员表示，他们的发现挑战了关于大脑如何工作的传统观点，这种观点主要关注离散的专门区域之间的信号传输。他们表示，应该根据穿过大脑的激励波来研究大规模的大脑功能——这更像是池塘中的涟漪，而不是电信网络中的信号。

但圣路易斯华盛顿大学的戴维·范·埃森 (David Van Essen) 对此结论提出异议，他认为研究中使用的连接组数据有充分的记录缺陷，研究者应该纳入简单刺激引起的局部大脑活动模式。他表示“行波模型复制这种模式的可能性极小”。