重新认识大脑和神经

　　传统认为为了最优化传递速度，用于神经细胞之间联系的应该大体上都是短纤维。新研究结果认为不同长度神经纤维的联合使用才是最优化选择

　　

生物通编译：研究人员对大脑形成机制开始重新关注，希望有助于诊断、治疗阿尔茨海莫氏症和孤独症等疾病。长期以来神经学的主流观点为：神经系统中，用于神经细胞之间联系的神经纤维为了发挥更有效的功能，应该尽量短小。由美国纽卡斯尔大学和德国不来梅国际大学联合进行的实验结果与当今主流观点背道而驰。

 

以往我们关于人类大脑的知识都来源于对灵长类神经系统科学的研究。新研究中用计算机分析世界范围内，包含灵长类和蠕虫大脑解剖学详细资料的公用数据库中的信息，发现在大脑发挥全面功能过程中，长神经纤维连接与短神经纤维连接一样重要。阿尔茨海莫氏症患者和孤独症患者的脑部扫描图显示患者的大脑缺乏远距离的神经交互作用，尽管研究人员目前仍在研究这些远距离作用的功能。

 

刊登于《PLoS Computational Biology》的研究报告中提到，假如面对相同一段很长的距离，短纤维因为需要通过很多次传递，其传递速度并没有长纤维快。并且，长纤维远距离传输信号更加可靠。因此长纤维在大脑中有不可忽视的作用。研究小组带头人Marcus Kaiser博士说：“以纽卡斯尔到伦敦的旅程作个比喻，假如你搭乘的是直达车，那么你可以简单、快速地到达伦敦。然而假如中途要经过达拉谟、利兹和Stevenage，每次都要倒车的话，旅行的时间就会被延长，并且在其中的某些地点有可能失去联系。”计算机程序对来自灵长类大脑中长神经纤维的信息和来自华丽新小杆线虫（Caenorhabditis elegans）脑部轴突（神经元连接）的信息进行分析。通过模拟上亿种不同排列，检验是否纤维的总长度可以被减小。发现因为神经系统中有数量众多的远距离联系，所以所需纤维的总长度理论上可以降低50％。

 

研究合作者Claus Hilgetag博士说：“许多人认为大脑如同计算机，为了最优化传递速度，用于神经细胞之间联系的应该大体上都是短纤维。我们的研究结果认为根据实际需要，不同长度神经纤维的联合使用才是最优化选择。”

 

“虽然灵长类大脑和蠕虫的脑部结构和大小有明显差异，但是我们在研究中观察到了相同的现象。”

 

研究人员提示尽管现在对新理论进行临床应用还为时尚早，但是了解更多的神经系统中短纤维和长纤维的活动有助于诊断、治疗阿尔茨海莫氏症和孤独症。通过检查和分析患者脑部结构，有可能显示未来几年内的病情发展状况。这项研究还全面观察了灵长类和蠕虫大脑神经系统空间结构。生物通记者宗敏