绘制出大脑的通讯中枢

丘脑是大脑的中央通讯枢纽，传递来自感官和大脑其他部分的信息。然而，尽管它很重要，它还远远没有被完全理解。

马克斯·普朗克生物控制论研究所(Tübingen)的研究人员现在已经探索了丘脑与大脑其他部分的相关性。他们的统计分析使他们能够推断出哪些心理任务与丘脑的不同部位有关。该研究结果现已发表在该杂志上通信生物学这可能有助于开发针对帕金森病或癫痫等疾病的更有针对性的治疗方法。

有一个区域人类的大脑它的工作原理就像一个枢纽机场:位于我们大脑深处的丘脑。它接收和分配来自感官和整个大脑的信号。例如，所有的视觉和听觉输入，首先到达丘脑，然后再发送到大脑大脑区域这一过程与往返不同城市的乘客可能在同一大机场中途停留的过程类似。然而，到目前为止，我们对丘脑的哪一部分负责大脑的哪部分功能的理解仍然严重缺乏。

丘脑——一个多功能的大脑区域

马克斯·普朗克生物控制论研究所的一组研究人员现在已经采取措施填补这些空白。他们绘制了丘脑的图谱，确定了它的每一个亚单位的用途。也许令人惊讶的是，结果是丘脑的许多亚单位共享它们的任务。

“我们把这种现象称为功能多样性，它可以与CPU的工作方式相比较，”论文的主要作者Vinod Kumar解释道。“无论你在电脑上运行游戏还是办公应用程序，所有的东西都需要在CPU中处理，而CPU并不关心你运行的是什么类型的程序，它只允许当前需要它的应用程序进行计算。”

但丘脑的灵活性还有更多:它还涉及到更高的大脑功能。这些高级功能的带宽相当大:从工作记忆到决策和冲动控制，丘脑都发挥着作用。这些高级功能通常与大脑皮层有关，这是人类和其他哺乳动物发育较晚的一层神经组织。

库马尔说:“我们发现的视觉丘脑的中转核与最近在动物文献中观察到的一致。”“然而，在人类身上进行观察是值得注意的。”

对350万份脑部扫描的统计分析

为了得到结果，科学家们统计分析了730名研究对象的350万张大脑扫描图，这些扫描图来自研究数据库“人类连接组项目”。这些大脑图像由功能性磁共振成像(fMRI)是一种非侵入性的方法，通过测量含氧和脱氧血液的水平间接可视化神经活动。

因为活跃的神经元需要氧气供应，这种方法可以生成一幅图像，活跃的大脑区域会亮起，而相对不活跃的大脑区域则保持黑暗。即使被扫描对象处于休息状态，这些图像也能识别出大脑显示的重要连接。研究人员用14371项功能磁共振成像研究的数据补充了他们的分析。在这些研究中，研究对象被要求在大脑被扫描的同时执行一项任务。

幸运的是，研究小组提出的关于丘脑的问题——哪个部分与哪个任务有关?-已经详细回答了皮层的问题。这就是为什么在功能磁共振成像(fMRI)扫描中可以看到的丘脑区域和皮层之间的联系，可以让我们得出关于丘脑区域用途的结论。例如，如果发现大脑皮层中的疼痛处理网络和丘脑的某个区域之间有很强的联系，就可以推断出丘脑的这个区域与疼痛有关。

具有广泛的临床应用潜力

这种对丘脑如何工作的新认识可能在未来与许多临床应用相关。毕竟，丘脑的损伤会导致多种疾病，如感觉障碍、记忆障碍、帕金森氏症、癫痫和手颤。

即使在今天，神经外科医生已经使用一种叫做脑深部刺激的方法来治疗这种情况:他们用电刺激丘脑的某些部分来缓解，例如帕金森病或耐药癫痫。其他潜在的临床应用包括经颅直流电刺激和经颅磁刺激这是一种用于治疗各种神经和精神疾病的非侵入性程序。

库马尔说:“我们对丘脑核中功能多样性的新认识为这种临床疾病提供了一种解释。”“我们可以更好地理解，例如，为什么一个帕金森氏症患者正在接受治疗脑深部刺激在丘脑会有一定的副作用。”他希望这些知识将有助于为这些干预措施制定一种更有针对性的方法，使它们更有效并减少副作用。