导读：科学家长久以来一直认为大脑的神经线路连接杂乱无章，但根据美国麻省总医院最近进行的大脑成像研究，大脑内的神经纤维呈十字交叉，就像一个棋盘一样。在利用新型先进核磁共振成像扫描仪获取的大脑图像中，这种网格状结构呈现出惊人的细节。
研究领导人范-维登表示：“大脑内的神经连接并不像科学家一直认为的那样杂乱无章，更像是一条条带状电缆——片状平行神经纤维呈直角交叉，就像布料上的纹路一样。这种网格结构连续不断，有大有小。除了人类外，其他灵长类动物的大脑也呈这种结构。”国立精神卫生研究所负责人托马斯-英特尔指出：“拍摄人类大脑的高清晰线路图对人类神经解剖学研究来说具有里程碑意义。这项新技术能够揭示大脑连接的个体差异，有助于帮助诊断和治疗大脑疾病。”
2011年，麻省总医院安装了新型核磁共振成像扫描仪。维登表示这台扫描仪能够获取大脑内十字交叉的纤维的可视图像，细节是传统扫描仪的10倍。大脑内的不同区域通过纤维进行通信。他说：“这台仪器帮助我们了解大脑内令人吃惊的结构，有助于我们加深对大脑生长过程的认识。成熟大脑内的线路像一面镜子，折射出胚胎阶段形成的3个最重要的神经通路。”
早期发育过程中，大脑内的线路连接在一起，这些连接呈十字交叉，沿着水平和垂直方向延伸。这种网格状结构内的连接好似高速路的车道标线，限制了神经纤维在生长过程中的选择，具体地说就是改变方向的选择。如果能够朝着左右上下这四个方向，纤维需要一种更有效并且更有秩序的方式，找到合适的连接。研究人员表示，在漫长的进化过程中，大脑已经适应了这种结构。
长久以来，科学家一直无法获取人类大脑内神经通路的详细图像，部分原因在于大脑皮层存在很多褶绉、隐窝和缝隙，让神经连接的结构模糊不清。借助化学示踪物进行的动物大脑研究显示，大脑可能呈网格状结构，但这是一种侵入式技术，无法用于人脑研究。
此前采用的技术只能呈现大脑结构25%的区域，新扫描仪能够呈现75%。维登说：“在此之前，我们只能沿着行车路线前行，现在，我们拥有一张地图，展示所有高速路和小道如何连接在一起。大脑内的线路并不像我们地下室的线路，需要在正确的端点连接在一起。这种网格就是大脑的语言，通过改变网格进行布线和改线。”研究发现刊登在《科学》杂志上。
The Geometric Structure of the Brain Fiber Pathways
Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng
The structure of the brain as a product of morphogenesis is difficult to reconcile with the observed complexity of cerebral connectivity. We therefore analyzed relationships of adjacency and crossing between cerebral fiber pathways in four nonhuman primate species and in humans by using diffusion magnetic resonance imaging. The cerebral fiber pathways formed a rectilinear three-dimensional grid continuous with the three principal axes of development. Cortico-cortical pathways formed parallel sheets of interwoven paths in the longitudinal and medio-lateral axes, in which major pathways were local condensations. Cross-species homology was strong and showed emergence of complex gyral connectivity by continuous elaboration of this grid structure. This architecture naturally supports functional spatio-temporal coherence, developmental path-finding, and incremental rewiring with correlated adaptation of structure and function in cerebral plasticity and evolution.
文献链接：https://www.sciencemag.org/content/335/6076/1628.abstract
