对鲁道夫?纽文惠斯在脑结构与功能研究中贡献的致敬:从经典髓鞘构筑到现代神经影像的传承与创新

【字体: 时间:2025年05月22日 来源:Brain Structure and Function 2.7

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  本文为纪念神经科学家鲁道夫?纽文惠斯,探讨其对 Vogts 学派脑髓鞘构筑(myeloarchitecture)研究的传承。他推动二维图谱向三维转化,尝试与 HCP 多模态分区、Julich 脑图谱对比,助力构建统一脑图谱,为神经解剖与功能影像衔接奠定基础。

  

脑科学研究的跨时代传承:解码鲁道夫?纽文惠斯对脑构筑研究的卓越贡献


一、研究背景:在历史与现代的碰撞中探寻脑奥秘


大脑,这个仅有 1.4 公斤左右的器官,却承载着人类认知、情感与行为的全部奥秘。自 19 世纪以来,神经解剖学的发展如同拼图游戏,研究者们试图通过不同视角解析大脑的微观结构与宏观功能的关联。其中,细胞构筑(cytoarchitecture,基于神经元胞体分布)与髓鞘构筑(myeloarchitecture,基于神经纤维髓鞘分布)是两大经典研究范式。以奥斯卡?福格特(Oskar Vogt)和塞西莉?福格特(Cécile Vogt)为代表的德国学派,在 20 世纪初通过显微镜观察和髓鞘染色技术,绘制了详细的大脑皮层髓鞘构筑图谱,成为神经解剖学的重要里程碑。然而,他们的研究成果以德语撰写,术语晦涩,且二维图谱难以直接与现代三维神经影像技术(如功能磁共振成像 fMRI)对接,导致这些珍贵的解剖学数据在很长一段时间内未能充分融入当代脑科学研究。

鲁道夫?纽文惠斯(Rudolf Nieuwenhuys),这位荷兰神经解剖学家的出现,为这一困境带来了转机。在脑科学从传统解剖学向多模态影像融合的关键转型期,纽文惠斯敏锐地意识到,福格特学派的髓鞘构筑研究对理解大脑功能组织具有不可替代的价值。他致力于将历史数据与现代技术结合,试图解决一个核心问题:如何让百年前的经典解剖图谱 “活起来”,与当代神经影像技术对话,从而构建更全面的大脑功能 - 结构关联模型?

二、研究主体:德国研究机构的跨时代探索


为实现这一目标,德国于利希研究中心(Research Centre Jülich GmbH)和杜塞尔多夫大学(Heinrich Heine University Düsseldorf)的研究团队,在纽文惠斯的推动下开展了系列研究。他们以福格特学派发表的 20 篇区域髓鞘构筑图谱为基础,开展了两项关键工作:一是将二维图谱转化为三维模型,解决空间维度不兼容的问题;二是将传统解剖学图谱与现代脑图谱进行对比,包括基于多模态影像的人类连接组计划(Human Connectome Project, HCP)图谱和基于细胞构筑与受体构筑的 Julich 脑图谱(Julich Brain Atlas)。

三、关键技术方法


  1. 三维图谱重建:通过显微图像数字化和空间配准技术,将福格特学派的二维髓鞘构筑图谱投影到三维空间,突破传统解剖图谱的平面限制。
  2. 多模态图谱对1:将重建的三维髓鞘构筑图谱与 HCP 的多模态分区(整合功能、结构影像数据)及 Julich 脑图谱(基于组织化学染色的细胞构筑数据)进行空间配准与特征匹配,分析不同图谱在脑区划分上的一致性与差异。

四、研究结2


  1. 三维图谱的构建与验证
    通过细致的显微镜观察和数据整合,纽文惠斯与布罗尔(Broere)于 2023 年发表了基于福格特学派数据的全新三维髓鞘构筑图谱。该图谱首次将分散的区域图谱整合成统一的三维模型,清晰展示了大脑皮层各区域髓鞘分布的微观细节,为后续对比研究提供了基础框架。

  2. 与 HCP 图14谱的对比
    2024 年,纽文惠斯团队将三维髓鞘构筑图谱与 HCP 的多模态分区进行对比,发现两者在初级感觉运动皮层等区域具有较高的空间一致性,但在 association cortex(联络皮层)等复杂功能区域存在显著差异。这一结果提示,髓鞘构筑可能为理解脑区功能异质性提供独特视角。

  3. 与 Juli25ch 脑图谱的未来研究方向
    尽管与 Julich 脑图谱的对比尚未完成,但研究团队指出,结合细胞构筑(cytoarchitecture)、受体构筑(receptorarchitecture)等多维度数据,有望进一步提升图谱的准确性。Julich 脑图谱作为基于组织切片的高精度解剖图谱,其与髓鞘构筑图谱的融合将为神经影像数据提供更精细的解剖学注释。


五、研究结26论与意义


纽文惠斯的系列研究不仅是对福格特学派学术遗产的致敬,更开启了脑科学研究的 “跨时代对话”。他通过三维重建与多模态对比,证明传统解剖学数据在现代神经影像时代依然具有不可替代的价值:

  1. 方法论创新:建立了 “历史数据数字化 - 三维建模 - 多模态融合” 的研究范式,为挖掘经典文献中的科学价值提供了范例。
  2. 科学价值:揭示了髓鞘构筑与脑功能分区的潜在关联,为解释神经影像信号的生物学基础提供了新维度,例如髓鞘密度可能影响神经信号传导速度,进而与认知功能相关。
  3. 学科融合7:推动了神经解剖学、神经影像学与计算神经科学的交叉,为构建 “统一规范脑图谱”(unified canonical map)奠定了基础 —— 这一目标正是福格特学派百年前的愿景,如今通过跨代际的研究接力逐渐成为可能。

在脑科学迈向 “全脑连2接组” 和 “精准神经医学” 的今天,纽文惠斯的工作提醒我们:科学的进步不仅需要前沿技术的突破,也离不开对历史智慧的挖掘与传承。他的研究如同桥梁,连接了解剖学的 “过去” 与神经影像的 “现在”,为理解大脑这个复杂系统提供了更立体的视角。正如其合著的经典教材《The Human Central Nervous System》所展现的那样,对细节的极致追求与对全局的深刻洞察,始终是推动脑科学发展的核心动力。

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