新的脑成像技术揭示了对大脑高级功能的认识

一种大脑不同区域之间的活动和连接成像的新方法揭示了语言、思维和注意力等高级功能如何组织的新见解。

伯明翰大学

12月6日

传统的人类大脑活动模型仅表示两个不同脑区之间的成对相互作用。这是因为建模方法尚未发展到足以描述多个脑区之间更复杂相互作用的程度。

伯明翰大学（University of Birmingham）的研究人员开发了一种新方法，该方法能够利用神经影像学测量的信号，并据此创建精确模型，以展示大脑的不同区域如何参与特定的功能和行为。相关研究成果已发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

研究于2024年11月26日发表在《Nature Communications》（最新影响因子：14.7）杂志上

首席研究员 Enrico Amico 博士表示：“像大脑这样的复杂系统依赖于脑区组之间的相互作用，而不仅仅是脑区对之间的相互作用。虽然我们在理论上知道这一点，但直到现在，我们还没有足够的处理能力来模拟这种情况。”

在这项研究中，研究小组使用了人类连接组计划（Human Connectome Project）中记录的功能性磁共振成像（fMRI）扫描数据。

该大型研究联盟旨在绘制人类大脑图谱，将大脑的结构、功能和行为联系起来。

然而，这些扫描数据只能提供关于神经活动的“嘈杂”估计，因此需要使用统计方法来清理数据，并从神经影像学信号中编译出准确的相互作用估计。

研究小组从项目的数据库中选取了 100 名无相关性的受试者，制作了高阶相互作用的详细模型。

高级脑功能映射：方法概述及应用

他们在三个关键领域对这些模型进行了测试，旨在检验该方法的有效性。

在第一个测试中，他们能够证明可以识别出受试者在 fMRI 扫描仪中可能正在执行的任务。

在第二个研究领域，研究小组证明可以通过脑信号来识别特定个体，利用这些信号作为个体的独特脑指纹。

在第三个领域，研究人员展示了如何从低级信号中分离出个人的高级脑信号，以及这些信号如何与每个人的行为特征相关联。

意大利 CENTAI 研究所的 Andrea Santoro 博士是该论文的第一作者。他说：“我们使用健康个体的数据验证了我们的方法，并证明了该方法能够为神经科学研究带来实质性的优势。在未来，这种方法还可以用于帮助模拟神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）患者的脑区相互作用，它们可能为揭示大脑功能如何随时间变化提供宝贵见解，甚至有助于识别这些疾病的临床前症状。”

参考文献

Source：University of Birmingham

New brain mapping technique reveals insights into the brain's higher functions

Reference：

Santoro, A., Battiston, F., Lucas, M. et al. Higher-order connectomics of human brain function reveals local topological signatures of task decoding, individual identification, and behavior. Nat Commun 15, 10244 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54472-y

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原标题：《新的脑成像技术揭示了对大脑高级功能的认识》

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