人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联

人脑内部功能连接的全体称为功能连接组,其功能复杂性表现在:(ⅰ)结构到功能的产生机制;(ⅱ)脑功能到心理行为的产生机制(心脑关联);(ⅲ)整个生命历程中的功能发展轨线.一直以来,神经科学家致力于揭示人脑功能在不同生命历程阶段的特征及其深层机制.上述问题的研究能够极大地改善对人脑功能的理解,改进长期以来必须依赖于动物脑功能模型的状况,为重大神经精神疾病的脑功能的病理生理机制研究提供正常参考(常模),进而有助于及时、准确地对其进行诊断、预警、干预和后期评价.但限于实验技术和计算方法,与脑功能有关的上述问题因极具挑战性而尚未被系统地展开研究;静息态功能磁共振技术的出现正在改变人脑功能的研究现状.本文综述基于静息态功能磁共振技术研究人脑功能连接组的计算方法及其重测信度、功能发展轨线应用、心理行为关联.     

发展认知神经科学:人脑毕生发展的功能连接组学时代

神经影像技术促进了脑科学研究的巨大进步,促成了发展认知神经科学的诞生.作为心理学与神经科学的交叉学科,发展认知神经科学在揭示心脑关联的内在机制上发挥着越来越重要的桥梁和纽带作用.人脑毕生发展的连接组学机制是该学科研究的核心科学问题之一,它将有望从毕生发展的视角深度解析微观底层(如分子与激素水平)与宏观高层(如个体与社会心理行为)相互作用的神经机制.本文将介绍当前发展认知神经科学的最新进展及人脑功能在毕生发展不同阶段的具体特征;阐述人脑毕生发展轨线绘制和常模构建的可行性和必要性,同时对人脑毕生发展常模建构的一系列问题,如数据采集、分析和处理等的规范,及已有的工作基础、研究前景与面临的挑战进行系统性的讨论.     

连接组和连接组计划

连接组就是神经系统中所有神经细胞相互连接关系的总体。个体的特性在很大程度上取决于其连接组,因此画出神经细胞相互连接的“线路图”就成了脑科学研究的一个基础前沿课题。本文对宏观和微观连接组研究、人类连接组计划、美国艾伦脑科学研究所的连接组研究作了综述,最后并对以连接组研究为代表的大科学、团队科学与公开科学作了讨论。     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

新世纪的崭新大科学——连接组学

后基因组时代萌生了一系列的组学(omics),而前途最看好的则非连接组学莫属了。20世纪30年代以来,弗洛伊德的本我-自我-超我理论备受青睐。随着神经科学的发展,以研究由人类语言为载体的高级意识的物理基础为重要内容的神经达尔文主义成为进一步探索的工作框架。21世纪新启动的创新神经(科学)技术计划,必将为连接组学的发展提供有力的保障,也为灵魂-肉体关系的自然基础发起新的进军,但鉴于连接组的非线性和瞬息万变的连接转换,还要走一段很长的路。     

从蓝脑计划到人脑计划:欧盟脑研究计划评介

正最近欧盟和美国分别启动和准备启动耗资巨大的两个脑研究计划——人脑计划和尖端创新神经技术脑研究计划。本文介绍欧盟人脑计划的背景、目标、内容及方法,也介绍学术界对此的见解和争议。关于脑和心智的研究已成为对当代科学最大的挑战之一。2000年,诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼(Gerald M.Edelman)说:脑科学的知识将奠定即将到来新时代之基础。凭这些知识我们可医治大量疾病,建造模仿脑功能的新机器,而且更深入地理解我们自己的本质以及我们如何认识世界。心智的生物学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。2013年春季,欧盟和美国分别启动和准备启动耗     

认知与脑老化研究的新方向:论人脑额顶功能网络的重要性

<正>2012年,全世界60岁以上的人口已达到8.1亿,占全世界总人口的11%;预计到2050年,60岁以上的人口将达到20.3亿,占全世界总人口的22%.我国60岁以上老年人2014年末已占总人口15.5%,高达2.1亿;预计到2020、2050年将分别达2.48亿和4亿,分别占总人口17.17%和30%;80岁及以上高龄老年人口到2050年将达到1.14亿.中国人口重度老龄化和高龄化问题日益突出.人口老龄化不仅给社会和家庭带来经济、养老、医护等负担,更因增龄性衰老直接降低老年人生活质量.认知和脑功能老化机     

人工脑和仿神经结构工程

对人工脑和仿神经结构工程的历史和现状作了综述,也对用机器忠实地拷贝整个人脑是否必要和可行作了思考。     

短时练习对序列运动脑功能偏侧化的影响

采用事件相关功能磁共振成像技术结合延迟序列运动任务, 观察了12名被试短时练习过程中随意运动脑激活模式和脑功能偏侧化的变化. 结果显示, 序列运动准备和执行任务都激活双侧运动区和后顶叶皮层, 脑功能轻度左侧化; 短时练习后上述脑区的激活体积减小, 而且右脑激活体积减小更为显著, 从而加大了脑功能左侧化.     

尖端创新神经技术脑研究计划:美国脑研究计划评介

正作为神经科学研究超级大国的美国,正拟启动尖端创新神经技术脑研究计划。该计划此前称作脑活动图计划,已经过一年多的筹备性论证。计划的主要目标是,通过包括纳米技术在内的一系列技术创新,全面构造神经活动图谱,以求在神经-精神疾病诊治及智能机开发上取得突破。围绕计划目标之可行性存在大量争鸣。     

迅速发展的复杂网络研究与面临的挑战

近年来复杂网络的小世界效应、无标度特性和超家族的发现,大大地激起了国内外研究复杂网络的热潮.本文简介了若干研究进展,讨论了当前整个复杂网络研究面临的挑战性问题.     

人体细胞-分子网络的波动——藏的波动*

从实验获得启示：人体细胞分子网络有反向同步的波动。从《黄帝内经》获得启示：人体的十一藏中,有四藏有反向同步的波动。这两种波动的对应,将古典中医学、现代地球系统科学、现代生命科学连接起来,由此可以形成具有中国思想特色的先进的生命科学的新领域。