绘制大脑的通讯枢纽
丘脑充当大脑的中央通信枢纽，传递来自感官和其他大脑部分的信息。然而，尽管它很重要，但它远未被完全理解。
图宾根马克斯普朗克生物控制论研究所的研究人员现在已经探索了丘脑与大脑其他部分的相关性。他们的统计分析使他们能够推断出哪些心理任务与丘脑的不同部分相关。该研究结果现已发表在《通讯生物学》杂志上，可能有助于开发针对帕金森病或癫痫等疾病的更有针对性的治疗方法。
人类大脑中有一个区域像枢纽机场一样工作：丘脑，位于我们大脑的深处。它接收和分配来自感官和整个大脑的信号。例如，所有视觉和听觉输入首先到达丘脑，然后将其发送到处理它们的大脑区域——类似于往返不同城市的乘客可能在同一个大型机场中途停留。然而，迄今为止，我们对丘脑的哪个部分负责大脑的哪个功能的理解严重缺乏。
丘脑——一个多功能的大脑区域
马克斯普朗克生物控制论研究所的一组研究人员现在已采取措施填补这些空白。他们绘制了丘脑图，确定了它的每个亚基可以服务于哪些目的。也许令人惊讶的是，事实证明，丘脑的许多亚单位分担它们的任务。
“我们将这种现象称为功能多样性，它可以与 CPU 的工作方式进行比较，”该论文的第一作者 Vinod Kumar 解释道。“无论你是在电脑上运行游戏还是办公应用程序，一切都需要在 CPU 中处理——而 CPU 并不关心你运行的是什么类型的程序，它允许计算当前需要它的任何应用程序。”
但丘脑的灵活性还不止于此：它还涉及更高的大脑功能。这些高级功能的带宽相当大：从工作记忆到决策制定和冲动控制，丘脑都在发挥作用。这些高级功能通常与皮层有关，皮层是人类和其他哺乳动物发育较晚的一大层神经组织。
“我们对视觉丘脑中继核的发现与动物文献中最近的观察结果一致，”库马尔说。“然而，在人类身上观察是非常了不起的。”
对 350 万次脑部扫描的统计分析
为了获得结果，科学家们统计分析了来自研究数据库 Human Connectome Project 的 730 名受试者的总共 350 万次脑部扫描。这些大脑图像是通过功能性磁共振成像 (fMRI) 生成的，这是一种通过测量含氧和脱氧血液的水平间接可视化神经活动的非侵入性方法。
由于活跃的神经元需要氧气供应，这种方法可以生成一幅图像，在该图像上活跃的大脑区域会亮起，而相对不活跃的区域则保持黑暗。即使扫描对象处于静止状态，这些图像也可以识别大脑显示中的重要连接。研究人员用来自 14,371 项 fMRI 研究的数据补充了他们的分析，在这些研究中，受试者被要求在他们的大脑被扫描时执行一项任务。
幸运的是，该团队提出的关于丘脑的问题——哪个部分与哪些任务相关联?——已经针对皮层进行了详细解答。这就是为什么 fMRI 扫描中可见的丘脑区域和皮层之间的连接可以得出关于丘脑区域用途的结论。例如，发现皮层中的疼痛处理网络与丘脑的某个区域之间存在强关联，就可以推断出该丘脑区域与疼痛有关。
广泛的潜在临床应用
这种对丘脑如何工作的新认识在未来可能与许多临床应用相关。毕竟，丘脑受损会导致多种疾病，例如感觉障碍、记忆障碍、帕金森病、癫痫和手震。
即使在今天，神经外科医生已经使用一种称为深部脑刺激的方法来治疗这种疾病：他们对丘脑的某些部位进行电刺激，以缓解帕金森病或耐药性癫痫等疾病。其他潜在的临床应用包括经颅直流电刺激和经颅磁刺激，用于治疗各种神经和精神健康疾病的非侵入性程序。
“我们对丘脑核功能多样性的新认识为这种临床疾病提供了解释，”库马尔说。“例如，我们可以更好地理解为什么正在接受丘脑深部脑刺激治疗的帕金森病患者会出现某些副作用。” 他希望这些知识将有助于为这些干预措施制定更有针对性的方法，使它们更有效并减少它们的副作用。
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