揭开大脑结构奥秘,进化和遗传相关组织轴是

                            

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撰文|nagashi

编辑|王聪

排版|水成文

人的智慧,源于大脑。记忆、语言和情绪等复杂的生理现象均源自于大脑的一系列电生理活动,作为意识的载体,大脑使得人类在感知世界的同时,对外界的诸事诸物做出即时性的判断和反应。

毫无疑问,大脑是人体最复杂的器官,直至现在,人类对自身大脑的认知仍极为有限。更有趣的是,人类与黑猩猩等灵长类动物的基因序列相似度极高,但在智力水平上却是天差地别。

那么,是什么造成这种差异?进化和遗传又是如何塑造人类大脑的?

近日,马克斯普朗克人类认知和脑科学研究所的研究人员在Science子刊ScienceAdvances杂志发表了题为:hapingbrainstructure:Geneticandphylogeneticaxesofmacroscaleorganizationofcorticalthickness的研究论文。

这项研究成功破译了人类大脑的两个组织轴。研究人员表示,大脑的每个区域都有自己特定的位置,如今他们发现大脑区域的基因组成主要沿着这两条轴,从后到前,从下到上,并且这些轴主要是由遗传和进化形成的。

大脑的特定区域,正如同地球上的某个国家,我们能够根据这个国家的所在位置大致判断出它的气候、邻国以及可能存在的资源。由此看来,在一个系统中,区域和位置是十分重要的参数。

因此,划分、记录和研究大脑的不同区域,以及探讨不同脑区之间的相互联系,对理解人类大脑的活动及功能至关重要。

在此项研究中,研究人员使用多层次的方法研究了大脑的组织结构。他们通过双胞胎样本(n=)确定了人类大脑的两个组织轴,并且这两种组织轴都存在与皮层厚度的遗传相关性,这表明这些轴在人类中是受遗传基因驱动的。

其中,一个轴从脑后侧(后)延伸到皮层的额叶部分(前),这反映了一种功能层次结构,从视觉和运动等基本能力到认知、记忆和社交技能等抽象的、高度复杂的技能。第二个轴则是从皮层的背侧(上)到腹侧(下),腹侧系统与赋予意义和动机的功能有关,而背侧系统可能与空间、时间和运动有关。

皮层厚度的遗传相关性

对此,文章的一作者SofieValk说道:“有趣的是,这种双向垂直排列与长期以来的双重起源假说是一致的。”

根据这一假设,大脑皮层有两个不同的起源——一个是杏仁核和嗅觉皮层,而另一个则是海马体。从这些起源开始,出现了两条不同的皮层发育线,反射波从差异较小的区域到差异较大的区域。

更重要的是,腹侧和背侧区域的这种区别在各种哺乳动物中都有发现,比如非人类的灵长类动物、猫和老鼠等。该研究为整个人类皮层的发育提供了证据,并表明背腹侧轴可能是仅次于后额轴的、第二重要的组织轴。

作为二元起源理论函数的协方差跨物种拓扑

与此同时,这种双轴组织在很大程度上是由大脑各区域之间的遗传关系决定的,这意味着大脑两个区域的结构联系是由共同的遗传效应驱动的。此外,研究小组在猕猴的大脑中也发现了类似的轴,这表明这些轴是在灵长类进化过程中保存下来的。

双轴组织在猕猴的大脑中也存在

SofieValk表示:“值得一提的是,虽然遗传和进化塑造了大脑的组织结构,但我们不能忘记环境也在影响改变我们的大脑和思想,尽管我们在目前的研究中特别

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