PNAS：大脑区域之间的远程连接很少，但至关重要

人脑是由一个复杂的神经连接网络构成的，其中大部分连接着邻近的大脑区域，这也是迄今为止研究最多的。但是，庞培法布拉大学（UPF）和牛津大学最近在著名的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项神经科学研究表明，大脑遥远区域之间的联系虽然罕见且不太频繁，但在解释大脑动力学方面发挥着根本作用。

　　

人脑是由一个复杂的神经连接网络构成的，其中大部分神经连接着邻近的大脑区域，这也是迄今为止研究最多的领域。但是，庞培法布拉大学（UPF）和牛津大学最近在著名的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项神经科学研究表明，大脑遥远区域之间的联系虽然罕见且不太频繁，但在解释大脑动力学方面发挥着根本作用。

这些远程连接的作用可以比作机场枢纽，通过长途航班，直接连接世界不同地区，而不需要中途停留，这将使旅行时间更长。以大脑为例，远程连接的作用是在遥远的区域之间更快、更直接地传递信息（而不需要经过将它们分开的所有相邻区域）。这将产生最优和有效的信息处理。

大脑遥远区域之间的连接在休息状态和日常生活中执行许多认知功能时都会自发激活，从而使我们能够执行特定的任务。例如，对于像记住我们刚刚看到的图像这样简单的任务，大脑将处理短期记忆的额叶与处理图像感知的枕叶连接起来。

迄今为止，大多数研究都集中在邻近地区之间的短程联系上

然而，大多数先前的研究都集中在短程连接上，不仅因为它们的数量要大得多，而且因为它们在我们作为一个物种的进化过程中帮助塑造了大脑的几何形状。事实上，大脑的许多部分都是折叠和褶皱的，这正是由于连续的进化运动使相邻区域更紧密地联系在一起，并促进了它们之间的联系。也就是说，大脑的实际几何形状反映了大脑不同部分之间建立的短程连接。由于这个原因，所谓的几何模型迄今为止是分析大脑动力学最常用的方法之一。

然而，几何模型无法理解整个大脑动态的复杂性，因为要做到这一点，必须考虑到罕见的远程连接。UPF和牛津大学的研究人员最近在《美国国家科学院院刊》上发表的文章中警告说。

这项研究是建立在大规模大脑计算模型的基础上的，它可以解释大脑动力学背后的机制。因此，作者已经表明，当模型包括短期和远程连接时，人类大脑的功能复杂性可以更好地理解。通过这种方式，它克服了基于邻近区域之间的短程连接的几何模型的局限性，从而解释了在特定区域的功能之外，整个大脑中发生的时空动态。

这篇发表在PNAS上的文章的第一作者Jakub Vohryzek （UPF）保证说：“解释大脑的结构如何产生其新兴动态是神经科学的主要追求。我们想找出大脑功能配置的主要限制是什么。近年来，大脑的连通性和几何性已经成为大脑结构的两个重要特征。我们的研究统一了这些原则，并扩展了之前的发现，因为它认为异常的远程连接是塑造人类大脑认知的决定性特征。”Vohryzek目前是UPF大脑与认知中心（CBC）计算神经科学研究小组的一名研究员，该小组由最近研究的首席研究员Gustavo Deco正教授和监督Vohryzek博士论文的牛津大学Morten L. Kringelbach领导。

这项研究使用了255名身体健康的年轻人在执行特定任务或处于休息状态时的大脑活动数据，这些数据是通过磁共振成像获得的。它们取自人类连接组项目数据库，来自世界各地的神经科学家在该数据库中分享有关大脑连接研究的结果和信息。

这条研究路线可能为该物种的进化提供新的线索

基于研究结果，可以启动新的研究路线，以更好地了解各种神经精神疾病的原因，这些疾病可能与远程连接功能障碍有关。这项研究还为进一步了解人类大脑与其他动物大脑之间的差异铺平了道路，并为物种的进化过程提供了新的线索。例如，这一研究的连续性可以阐明智人的大脑是如何形成的，以及如何与其他物种（如类人猿）区分开来的，我们与类人猿有着共同的祖先。

在这方面，CBC-UPF计算神经科学研究小组主任Gustavo Deco总结道：“这项研究不仅促进了我们对大脑解剖学如何塑造大脑动力学的理解，而且还探索了罕见的远程连接的独特贡献。这表明，在紧急信息处理中起关键作用的大脑的远程结构连接可能是由进化压力塑造的，允许复杂的认知功能出现。进化的动力可能已经完善了这些连接，以允许更高的认知能力。这为未来物种间的比较研究奠定了有趣的前景，以阐明这些发展。”