【文/麗塔‧卡特(Rita Carter);譯者/謝伯讓】

 

大腦中的長程神經連結色彩繽紛得猶如萬花筒。

 

先前有「人類基因體計畫」將人體細胞中的所有基因定序,現在則有「人腦連接體計畫」(Human Connectome Project,簡稱HCP)嘗試以截至目前為止最精準的方法,定位人腦中的連結與神經活動,意圖解開其中奧祕。

這項大型計畫是在2009年發起,初步的詳細成果剛剛出爐。這些猶如萬花筒般的影像呈現出我們神經細胞的電生理活動,迷濛色彩標記著大腦的電流走向和各種彎曲奇異的神經束,霓虹般的色澤宛如會發光的奇特昆蟲。

 

什麼個性,大腦有跡可循

掃描出這些圖當然不是為了欣賞,這些大腦圖片將使我們得以一窺人類心智運作的內幕。「人腦連接體計畫」的一項工作,是定位大腦中組成白質的長程神經連結(它們可說是神經中的高速公路)。以往,神經科學家一直忽略這些外頭覆有白色髓鞘(一種由脂肪所構成的保護性結構)的神經,如今已知它們扮演十分重要的角色。加州大學洛杉磯分校的傑克‧范霍恩(Jack Van Horn)參與了這項定位大腦白質的工作,他表示:「這幾年下來我們逐漸明白,大腦是個密不可分的系統,某腦區的活動會傳遞到其他區域。我們的想法與行為,就是腦中各處神經活動的集體模式所產生的。」

范霍恩與同事長期利用水分子擴散頻譜造影(DSI)追蹤大腦中的長程神經活動,方法是透過磁振造影掃描儀來記錄水分子在腦中的自然流動。范霍恩說:「水分子比較容易沿著與神經纖維平行的方向擴散。」也就是說,水分子運動阻力最小的路徑,旁邊往往就是神經纖維。這種腦部掃描方式並不新鮮,但「人腦連接體計畫」團隊(包括哈佛大學的幾位科學家)在美國麻州綜合醫院的磁振造影掃描儀是個狠角色。「這是磁振造影掃描儀中的保時捷,它的性能非常好,也就是說解析度相當高。」范霍恩解釋。

為什麼要釐清這些長程的「細節」呢﹖因為我們每個人會如此獨一無二,正是拜它們所賜。比方說,如果某人的杏仁核(與產生恐懼的情緒有關)和前額葉皮質(使我們能意識到恐懼的腦區)之間的連結較少,前額葉就不易猛地被皮質下方傳來的警告訊息所淹沒,因此可能較不易緊張。另外,如果大腦中的韋尼克區(Wernicke's area,負責「理解」語意)和布洛卡區(Broca's area,負責語言表達)之間有大量連結,那麼這人的語言能力極可能很不賴。

接下來的幾個月,加州大學洛杉磯分校的研究團隊希望能公布第一批研究資料,好集思廣益,讓各地科學家一起解謎。這項計畫預計蒐集三十至五十名受試者的腦部掃描資訊。

 

起心動念,都露端倪

華盛頓大學與明尼蘇達大學一群科學家所組的團隊,則在這項計畫中負責研究短程的連結反應,也就是觀察做某件事(例如聽故事)時哪些區域的神經元會活化。他們不追蹤水分子,而是用功能性磁振造影(fMRI)來記錄血流變化:某處血流量多,就意味著那兒的神經比較活躍。

他們也分析了作白日夢時的腦部變化。以往的實驗常會讓受試者做特定活動,然後記錄他們大腦哪些區域出現變化,加以分析。最近研究者則開始注意到休息狀態(即放鬆、未從事任何活動)時腦部的複雜活動,也就是「預設模式網絡」(default mode network,簡稱DMN)。他們的掃描結果,顯示了大腦如何持續記錄一切,並根據過去和當下的事件來幫助我們在生活中找到「定位」。

范霍恩說:「預設模式網絡的相關腦區有獨特的活動模式。這可能是最大且整合最多領域專才的資料蒐集計畫,這計劃還會檢視相關的遺傳因子。」華盛頓大學與明尼蘇達大學合組的這團隊最近釋出了第一批資訊,那是:六十八位受試者的腦部掃描影像,以及他們人格特質和認知能力的數據。他們的目標是一千兩百位。

這項為時五年、由美國國家衛生研究院資助四千萬美元的計畫,最終成果會是一張多層次的大腦地圖,它會告訴我們一個人的基因、行為和他的大腦神經連結間的關聯。它不但可以清楚呈現健康心靈的運作機制,更可以幫助研究人員釐清腦部疾病的原由。范霍恩表示:「這項計畫的成果,將使我們能做更多更細膩的研究。」

 

完整內容請見《BBC知識國際中文版》第23期(2013年7月號)。版權所有,轉載請註明出處。】

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