脑连接组在人类认知中扮演什么角色？

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来源：Scientific American 作者： Alexander Fornito

翻译：孙闰松 封面：Human Connectome Project

人类大脑是一个非常复杂的网络，大约由860亿神经元组成，这些神经元通过100万亿突触彼此连接。脑连接组就是对所有这些连接的地图式的描述——大脑中的线路图。

以当前的技术，尚不足以精细地在单个神经元和突触水平上绘制脑连接网络。研究者目前只能使用核共振成像之类的技术描绘脑区之间的连接，这种粗糙的描绘达到了毫米级，包含了成千上万的神经元。

在肉眼可见的水平上，每一个脑区由特定的神经元群组成，它们共同协作，完成特定的功能，最终帮助人们完成认知任务。例如，你的视皮层的不同部分的细胞加工特定类型的信息，比如线条的朝向、线条运动的方向。彼此独立的脑区加工来自不同感官的信息，比如听觉、嗅觉和触觉信息；还有一些脑区控制身体的运动，管理你的情绪反应，或者实现其他功能。

这些特定的功能并非彼此独立，而是密不可分，让我们对世界形成统一而连贯的体验。关于大脑工作方式的一种假设是，不同的脑细胞群在同步化活动中对各种信息的加工进行了整合。连接大脑不同区域的纤维束——即脑连接组的线路——为不同脑区的交流提供了物质基础。这些连接线路保障了大脑的活动就像交响乐一样和谐顺畅，而不是像失去秩序的嘈杂刺耳的声音。

如果脑区之间的连接使神经元的活动相互协调，那么具有不同连接模式的人是否会表现出不同的认知能力呢？一些研究表明，某些脑连接模式在整合信息方面特别高效，帮助个体在一般性的智力测试上取得高分；另一方面，被诊断为患有精神分裂症等疾病的个体，他们的认知能力受到了影响，他们的脑连接模式在加工信息方面也更加低效。如果与其他脑区联系广泛、紧密的脑区受到了损伤，就会导致特别严重的认知障碍。这些研究意味着脑连接网络的模式确实与认知密切相连。

但是，脑结构不能完全地决定脑功能。如果这是事实，我们的大脑就会陷入永无止境的重复性的周期活动，造成我们不能学习新的东西或者适应新的环境。脑连接组为认知活动提供了支架，不同的脑细胞群彼此调节、协作，共同结成随环境而变化的短暂而多种多样的联盟。

大脑的功能网络就像河流中的漩涡，会随着环境的变化而出现、发展和消解，促进新的连接网络的形成或者删减用不着的连接线路。通过这种方式，脑连接网络的结构和功能形成了一种共生关系。人类的认知能力依赖于精确的脑连接线路，以及脑连接网络中神经元活动的动态变化模式。

Alexander Fornito：莫纳什认知神经科学和临床研究所（位于澳大利亚墨尔本）副教授。

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