我国科学家揭示人类大脑皮层复杂布局 | 人民日报

当我们思考、学习、感知世界时，大脑中的神经网络正在悄无声息地运转。千亿个神经元通过数以万亿计的连接，将信息高速传递。这些复杂连接的布局是如何形成的？为什么不同脑区如此规则地分布在大脑皮层？记者从 中国科学院自动化研究所 获悉：该所脑网络组团队 通过研究揭示了人类大脑皮层连接拓扑结构与遗传特性的内在关系 。

▲研究框架图（图片来源：中国科学院自动化研究所）

人脑在胚胎发育时就已经开始按照某种“设计图”进行建造，而这张设计图的“蓝图”正是基因。新研究提出一种假设：考虑到基因和连接在数目上的巨大差异，遗传编码与区域间连通性之间并非简单的一一对应关系，而是通过某种更高效的组织原则，使基因在大脑皮层上呈现特定的嵌入模式，从而指导白质纤维束在空间中的布线。

论文第一作者、中国科学院自动化研究所博士生李德莹说：“ 通过对数据的综合分析，我们发现了三种主导的脑连接拓扑轴——背腹轴、前后轴和内外轴 。这三个轴不仅反映了皮层内连接的变化规律，还与胚胎期发育中的形态发生梯度和遗传梯度密切相关。”

▲全局连接拓扑在大脑皮层上的分布 （图片来源：中国科学院自动化研究所）

中国科学院自动化研究所研究员樊令仲表示，这项研究的核心结果之一，就是定义了全脑尺度的脑连接模式，即“全局连接拓扑” ，并发现其与基因表达之间存在显著的吻合。这种吻合表明，尽管基因数量与神经连接数量相差悬殊，但基因可以通过某种简单的规则影响复杂的连接布局。

▲全局连接拓扑空间GC space （图片来源：中国科学院自动化研究所）