新研究揭示了大脑生物学如何塑造思想和行为

　　

佐治亚州立大学（Georgia State University）专家的一项新研究实现了神经科学领域的一个长期目标：展示了大脑中最小的组成部分是如何构建塑造思想、情感和行为的系统的。

这项发表在《Nature Communications》杂志上的研究可能会改变科学家对认知和衰老，以及抑郁症和精神分裂症等精神健康障碍的理解。

通过将大脑扫描与基因数据和分子成像相结合，研究人员发现了一幅详细的生物图谱，将大脑的不同层次联系起来，并揭示了长期寻求的微观和宏观大脑组织之间的桥梁。

Vince Calhoun是佐治亚州立大学的杰出教授，也是佐治亚研究联盟的杰出学者，在佐治亚理工学院和埃默里大学任职。他领导着三机构合作的神经成像和数据科学转化研究中心（或趋势中心），并且是该研究的资深作者。

佐治亚州立大学杰出教授Vince Calhoun说：“我们发现，大脑的大规模网络是建立在一个隐藏的生物蓝图上的。通过对来自细胞、分子和成像的数据进行比对，我们发现在功能磁共振成像中看到的相同结构植根于细胞和分子组织。每个数据集单独提供了故事的一部分。它们共同揭示了化学和细胞梯度实际上是如何帮助连接大脑网络的。”

Calhoun说，了解这种联系可以帮助专家更好地了解精神健康状况和脑部疾病。它还可以提供新的见解，比如为什么有些人在晚年保持敏锐，而有些人却没有。

研究小组结合了大脑扫描，显示了不同区域如何随着时间的推移而交流。通过捕捉被称为动态连接的活动的变化模式，以及脑细胞的详细地图，像血清素和多巴胺这样的化学信使，以及像线粒体这样的能量产生结构，他们能够建立一个大脑内部工作的全面图景。

研究人员使用一种称为中介分析的统计技术，表明这些网络不仅与生物学和行为相关，而且还积极地将两者联系起来，帮助解释分子特征如何影响认知。

该研究的第一作者、趋势中心博士后研究员Guozheng Feng表示，该研究揭示了某些大脑网络如何充当中间人，将大脑的微观生物学（如特定细胞类型）与复杂的行为和心理过程联系起来。

Feng说：“这项研究使我们更接近于回答神经科学中最基本的问题之一：微观细胞和分子基础如何塑造大脑网络，进而产生复杂的思想、情感和行为。”

“许多精神和神经退行性疾病都涉及分子失衡和网络破坏，”Calhoun补充说。“这项研究表明，这些因素是有联系的。了解神经网络的生物学基础可以帮助我们确定哪些系统在精神分裂症、抑郁症或阿尔茨海默氏症中最脆弱——以及原因。”

Jiayu Chen是趋势中心的研究助理教授，也是研究团队的一员。她的工作是利用先进的脑部扫描技术，重点研究基因如何影响大脑的外观和工作方式。

“这项工作有助于回答神经科学中的一个大问题：细胞和分子组织是如何构成影响我们思考、感觉和行为方式的功能性大脑网络架构的基础的？”Chen先生说。“我们现在离这些答案又近了一步。”

Calhoun说，合作趋势中心为这类发现提供了独特的装备。他希望最终能绘制出一张“地图”，将每个人的生理特征与其大脑网络的功能联系起来。

这可以帮助医生根据病人的特定生物学如何影响他们的大脑网络，为他们量身定制治疗方案。

佐治亚州立大学、佐治亚理工学院和埃默里大学合作成立的趋势中心开发了先进的工具，将脑成像数据转化为有意义的生物标志物。其目标是提高对大脑健康和疾病的理解和治疗。