对大脑研究论文

对大脑研究论文

对大脑的其他研究探索有不少科学家又在关注，能否通过人工手段激活人脑中的那些被压迫、被忽略的“天才按钮”。也就是说，通过人工途径把一个普通人变成天才。对此，米勒博士也曾表示，他有能力借助手术刀和一两件神经外科器械，彻底改变一个人的思维方式，甚至改变他的个性和信仰。澳大利亚弗林德斯大学的科学家认为，借助磁场切断人大脑内一些区段，就完全可以激活那些超级数学和艺术天分。澳大利亚科学家在17名志愿者身上进行了试验，结果证明了这一点。研究人员对志愿者的整个大脑进行磁刺激，把他们大脑皮质的有关部分断开几秒钟，获得了惊人的结果。有5个人能很快算出某个日子是星期几，还有6个人能凭记忆把马头画得一点儿也不差，其余的人轻易就能记住好几个通信地址。这些试验动摇了人们从前的“天才源于勤奋”的信念。在一定程度上，一个人的非凡才能是与生俱来的，关键在于如何找到并启动这些“天才按钮”。只要人类了解了大脑神经元运转的更多细节，掌握了更尖端、更先进的医疗技术，就有能力将常人变成天才。科学家借助最新实时成像技术观察大脑工作过程2014年5月，美国迈阿密大学（UM）科学家开发出一种新的实时成像技术，第一次让人们能直接看到活动物脑中蛋白质之间的相互作用。 蛋白质的“社交网络”蛋白质虽小，它们之间的相互作用形成了网络，就像人类的社交网络那样。虽然网络的级别不一样，但在一个既定网络的基本单位之间，发生的行为都大致相同。新技术能让科学家以可视化方式看到动物脑中蛋白质之间的相互作用，在不同的时间、不同的位置看到它的发展变化。这种互相作用就像有机生物之间的联系交往。 研究人员选择了果蝇胚胎作为实验的理想模型，因为果蝇的脑结构比较简单，而且透明，用一台荧光寿命成像显微镜（FLIM）就可能看到细胞的内部过程。观察结果对其它动物的脑，包括人脑也是适用的。在实验中，研究人员给果蝇胚胎中的两种蛋白质做了荧光标记：一种是RhoGTPaseCdc42，也叫细胞分裂控制蛋白42，它是一种发育必需的、被广泛表达的蛋白质，由绿色荧光蛋白标记；另一种是Cdc42的信号搭档——调节蛋白WASp，也叫威斯科特—奥德里奇综合征蛋白，由红色荧光蛋白标记。目前科学家认为，这两种蛋白结合在一起，能在脑发育期间帮助神经元生长。而且人脑中也有这两种蛋白。 “交往”中的能量转移以前人们在观察细胞内部时，需要对细胞进行化学或物理处理，这样很可能扰乱或杀死细胞，也就无法研究蛋白质在细胞天然环境中是怎样相互作用的。 研究小组利用一种叫做福斯特共振能量转移（FRET）的原理克服了这一难题。福斯特共振能量转移也叫荧光共振能量转移，是指在两个不同的荧光分子（基团）中，如果供体分子的发射光谱与受体分子的吸收光谱有一定的重叠，当这两个分子距离足够近时，就能观察到荧光能量由供体向受体转移的现象。 当两个小蛋白质靠得足够近时（通常是小于8纳米），就会发生这种能量转移，使供体分子的荧光寿命缩短，从3纳秒缩短到2.5纳秒。这种现象可作为两个蛋白质之间发生了物理作用的证据，也是一种分子信号，显示出活动物体内特殊蛋白之间在何时何地发生了相互作用。 研究人员发现，在果蝇胚胎的脑中形成新突触的同时同地，神经元内互相作用的蛋白质间也发生了能量共振转移现象。 “以往研究显示了Cdc42和WASp在试管中能直接结合在一起，而这是首次直接显示了两种蛋白质在脑中的相互作用。”奇巴说，“我们的最终目标是创造一种方法，能对脑中蛋白质间的相互作用进行系统地检查。现在基因组计划已经完成了，下一步就是要掌握那些基因编码蛋白在我们体内都干些什么。” 化学基因疗法给大脑装上药物开关英国伦敦大学学院科学家最近找到一种“入侵”大脑的新方法：通过基因工程改造脑细胞，使神经元在遇到某种药物时会放电，以此治疗癫痫发作。这种化学基因疗法已在有类癫痫症状的小鼠身上进行实验，也将很快用于人类。相关论文在线发表于最近的《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。 化学基因学以光基因学为基础。在光基因学中，打开光开关，转基因脑细胞受到光照会放电，因此可用一种“光开关”选择性地激活特定神经元。但这需要在脑中植入光纤，所以用这种方法治疗脑紊乱不太实际。而化学基因学不需要光纤，但要用特定化学物质而不是光才能引发神经元放电。这样更有潜力，让人服药比把光引入大脑更容易。

爱因斯坦的大脑被研究了25年，科学家到底得到了什么结论？

为了理解为什么这么多不缺乏智商，受过良好教育，并且足够努力的人，他们的成就比获得诺贝尔奖的人差得多？经过反复统计，科学界普遍有两种看法：一种解释是，智商或解决问题中显示出的智慧和真正的智慧并非完全线性相关。另一个解释是，天才的大脑与我们普通人的大脑明显不同，也就是说，它们是天生的。

您和我不仅关心这个问题，全世界的科学家也都想知道答案。找到这个答案的直接方法是找到一个超级天才的大脑来研究它。 1955年。一位医生得到了机会。他的名字叫托马斯·哈维。那年，伟大的科学家爱因斯坦去世。他的尸体被停在普林斯顿大学医学院，哈维恰好是负责爱因斯坦的医院医生之一。哈维采取了非常惊人的举动。他利用自己的作品偷走了这个天才的大脑。经过消毒处理后，他做了240切片，并将其保存下来以研究天才的大脑与普通人有什么不同。

当然，这件事不能从联邦调查局隐瞒。他们一直在追捕他们，但联邦调查局只是想秘密保护哈维和爱因斯坦的大脑。爱因斯坦的儿子知道这件事当然很生气，但是在哈维的解释之后，他仍然原谅了哈维，但提出了一项要求，即研究结果必须在世界一流的杂志上发表。从那一刻起，世界一直在等待哈维的研究成果。遗憾的是，哈维一生都在研究，而爱因斯坦的大脑与普通人之间没有任何区别。令我们更失望的是，提出相对论的天才仅重1,230克，远低于普通人的1,400克。尽管他的大脑有更多的苏尔奇，但这还不是判断天才的直接证据。

直到1980年，哈维承受着巨大的压力，担心自己一生中无法完成爱因斯坦大脑研究的艰巨任务，因此他决定让世界各地的科学家参与这项研究。每个人都拿起高火柴火，许多人参加了。人们不仅容易产生结果，而且他们也有不同的意见。 1999年，加利福尼亚大学的科学家发现，爱因斯坦大脑中的神经胶质细胞多于数学。有许多具有物理功能的神经元细胞。然而，医学上的共识是神经元细胞在人类思维中起主要作用，而角质形成细胞仅起辅助作用。因此，这一发现被医学界所鄙视。后来，加拿大科学家发现，埃斯坦的脑洞很大，也就是说，他的颅骨和大脑上部空间更大。尽管在开玩笑时，我们总是说脑孔是敞开的，但每个人都知道，脑孔实际上不一定与智力有关。

fMRI研究：长期嚼食槟榔对大脑功能网络的影响

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在我国很多地方，特别是南方地区，都有咀嚼槟榔（betelquid, BQ）的习惯。但是早在2003年，世界卫生组织国际癌症研究中心就已经将BQ认定为1级致癌物，经常嚼食BQ使得口腔癌发生风险上升将近10倍。但是，长期嚼食BQ是否会影响大脑功能和状态，是否会影响某些脑区之间的功能连接呢？这方面的研究目前似乎还比较少。最近，笔者看到一篇相关的研究论文，研究者利用静息态fMRI对BQ嚼食者的脑功能网络和状态进行了系统研究，因此，笔者在这里对该项研究进行简单的剖析，希望对大家有所帮助。

实验方案及数据分析

1.募集16名 BQ嚼食者，15名吸烟和酗酒者（TA）和17名健康被试（HC），并采集被试的T1结构影像和静息态fMRI数据；

2.静息态fMRI数据的预处理采用标准的处理流程，采用SPM8和REST工具包进行；

3.预处理后的fMRI数据主要进行如下分析：a）ALFF；b）ReHo；c）脑网络和图论分析：利用AAL90模板，提取90个ROI脑区的BOLD时间序列信号，通过计算两两ROI脑区之间皮尔森相关系数，构建功能连接矩阵；然后，取network density从0.16到0.5（步进0.01），对功能连接矩阵进行二值化，对于二值化后的脑功能网络，计算如下图论参数：clustering coefficient ©, normalized clustering coefficient (γ), local efficiency (Elocal), characteristic path length (L), normalized characteristic path length (λ), global efficiency (Eglobal), small-worldness (σ)和transitivity。这些图论参数采用Graph Analysis Toolbox工具包计算 (GAT, Stanford University School of Medicine,Stanford, CA, USA)；d）NBS分析：NBS分析主要用于检测两组被试的脑功能网络中哪些子网络存在显著差异，这里采用NBS工具包分析。

实验结果

1.三组被试的信息和量表数据如图1所示：可以发现，年龄和教育时间之间存在显著差异，因此在以下的分析中，把这两项作为协变量。

和 mReHo：图2a所示为BQ和HC组的mfALFF统计比较结果，可以发现，与HC组相比，BQ组在左侧cuneus和precuneus表现出显著较高的mfALFF（图2b）；图2c所示为BQ组和HC组的mReHO统计比较结果，与HC组相比，BQ组在右侧caudate和ACC表现出显著较高的mReHO（图2d）。

图3a所示为BQ和TA组的mfALFF统计比较结果，可以发现，与TA组相比，BQ组在右侧fusiform表现出显著较高的mfALFF（图3b）；图3c所示为BQ组和TA组的mReHO统计比较结果，与TA组相比，BQ组在左侧 amygdala、pallidum、hippocampus、putamen、middle frontal gyrus (MFG)、ACC, 左右侧superior frontal gyri (SFG)和右侧 precuneus表现出显著较高的mReHO（图3d）。此外，与TA组相比，BQ在右侧superior temporal gyrus (STG)表现出较低的mReHO。

图4a所示为TA和HC组的mfALFF统计比较结果，可以发现，与HC组相比，TA组在左侧calcarine表现出显著较高的mfALFF（图4b）；图4c所示为TA组和HC组的mReHO统计比较结果，与HC组相比，TA组在右侧insula表现出显著较高的mReHO（图4d）。

3.脑网络和图论分析：结果发现，3组被试之间的图论参数之间都不存在统计学的差异。

分析：NBS分析表明， BQ和HC组的脑功能网络之间存在两个显著差异的子网络，分别如图5a和5b所示；BQ和TA组之间的脑功能网络也存在两个显著差异的子网络，如图5c和5d所示。

总结

总之，该项研究利用多种分析指标对BQ嚼食者的大脑状态进行了系统研究，上述的实验结果表明，与健康对照组相比，BQ嚼食者表现出增强的basic visual processing（与HC相比，BQ组在左侧cuneus 和precuneus表现出增强的mfALFF），增强的reward system（与HC相比，BQ组在右侧caudate nucleus和ACC表现出增强的mReHO）以及异常的control system和DMN（NBS分析结果所示）。

参考文献：

Weng J C , Chou Y S , Huang G J , et al. Mapping brain functional alterations in betel-quid chewers using resting-state fMRI andnetwork analysis[J]. Psychopharmacology, 2018, 235(6):1257-1271.