安徽中医药大学神经病学研究所附属医院 王共强

“左脑负责理性思考，右脑负责创造力。”曾经是很长一段时间对大脑的研究通过划分出几个区域，分别研究单个脑区功能的结论。但伴随着研究技术革新与深入，诸多神经科学最新研究得出新的结论：大脑的各种功能，关键不在于某一个脑区，而是来自不同区域之间的交流。

2022年11月Science期刊最新一期上同时发表4篇综述，从多个不同角度阐述有关大脑连接的最新研究成果。No neuron is an island 没有一个神经元是孤立的。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。

大脑连接不仅仅是大脑区域之间的信号传递，行为和认知是通过皮层区域的相互作用产生的，这需要通过紧密连接的网络来整合本地和远程区域。大脑连接决定了大脑的功能组织，活体大脑中连接的成像为识别认知神经生物学背后的驱动因素提供了机会。物种之间和人类之间的连接差异加深了对大脑进化和不同认知模式的理解。大脑病理通过断开连接放大了这种可变性，并因此导致认知功能的瓦解。现在对长期症状的预测优先基于大脑断开。这种范式转变将重塑我们的大脑地图，并挑战当前的大脑模型。

大脑不仅仅是它的组成细胞，大脑中的每一个神经元都与成千上万的其他神经元相连——但我们没有不和谐的连接，而是有了同步的交响乐。身体的无数功能、行为和思想的协调需要大量的神经元合作行动，而不是作为孤立的实体。这些结果是由神经元之间的连接驱动的，无论是与邻近的神经细胞交流，还是向大脑的遥远区域发送和接收信号。创新的神经科学技术允许研究人员专门刺激动物中选定的神经元群，并无创性地测量它们如何激活大脑的其他部分，无论是近还是远。脑成像的进步揭示了解剖投影和功能连接模式，使我们能够实时看到它们的激活。

随着对正常大脑连接的复杂性有了更好的理解，我们就能更多地了解当大脑连接被破坏时是什么出了问题。对各种生物的连接模式的观察开始揭示从最简单的神经元网络到多层多核哺乳动物大脑的进化过程。没有顺畅运行的连接，大脑只不过是一堆神经元。

这篇综述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”。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。

以往我们假设大脑是分区块工作的，但研究者认为，这将不可能实现多个区域共同作用，实现对复杂事物的认知，更难以产生智慧。在神经科学领域，越来越多的共识是某个功能的实现，来自各个区域之间相互作用共同协作。

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。

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。在一项研究中研究病变是如何影响整个大脑网络的，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。

这篇综述突出了对人类大脑结构连接的研究进展。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。研究在大脑及不同功能区域内和之间的神经功能路径；这个工作需要链接从宏观到微观（分子）尺度，并且利用各类成像及监测技术，附加机器学习和模拟来补充信息。

综述中讨论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。

我们能否构建一个大脑功能模型，从而理解神经疾病背后的全脑回路机制，并利用它来预测治疗干预的结果？神经疾病中的病理学，其中一些被观察到具有空间传播机制，如何与回路和脑功能相关联？

在这篇综述中讨论了迄今为止已经使用的方法和未来可以探索的方向来回答这些问题。通过将光遗传功能磁共振成像(fMRI)与计算建模相结合，细胞类型特异性的大规模脑回路功能和功能障碍开始被定量参数化。这些发展将为基于旨在直接恢复大脑功能的系统工程方法的未来疗法发展铺平道路。

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研究成果。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。

这篇综述总结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。

关于大脑各区域之间神经连接的详细知识是促进我们理解正常大脑功能以及随着衰老和疾病而发生的变化的关键。研究人员使用一系列实验技术来绘制啮齿动物模型中不同粒度水平的联系，但结果往往难以比较和整合。大脑的三维参考图谱为累积、整合和重新解释跨研究的研究发现提供了新的机会。

本篇综述回顾了在啮齿类动物脑图谱中整合描述神经连接和其他模式的数据的方法，并讨论了基于图谱的工作流程如何促进与神经结构的其他方面相关的神经网络组织的全脑分析。