人类之所以为人,独特脑区是奥妙所在?

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是什么让我们成为人类?近日,牛津大学的研究人员在人脑中发现了一个区域,它似乎和与我们亲缘关系最近的那些动物脑中的任何部位都不相似。这个脑区与一些最高级的计划和决策过程密切相关,而这些过程在我们看来为人类所特有。研究论文于2014年2月初发表于《神经元》杂志上(原文献戳这里)。

“我们在人类前额皮质中定位到一个区域,在猴脑中似乎根本没有一个区域能与之对应。”论文第一作者、牛津大学的弗朗兹-撒韦·纽波特(Franz-Xaver Neubert)说,“这个区域已经确认与策略计划、决策以及多任务处理相关。”

因为哪些特别之处,人类才得以成为人类?图片来源:mutualresponsibility.org

研究者对25名成年志愿者实施了核磁共振成像(MRI),其中包括14名女性和11名男性。受试者的年龄在20岁至45岁之间。为了获得静息状态下的MRI图像,他们被要求在MRI扫描器中保持静止。扫描的结果随后与25只猕猴对应脑区的MRI数据进行了比较。为了实现MRI成像,25只猴子被麻醉并在实验后复原。这种麻醉术同样用在医院中,使用的MRI扫描器也和用于人类的类似。

研究者分析了人脑额叶腹外侧面的主要组成部分,以及这些部分与其他脑区关联的方式,额叶腹外侧面的区域参与了认知和语言功能的很多最高级的层面,而且只存在于人类及其他灵长类动物脑中。它的部分结构与注意缺陷多动障碍、药物成瘾或者强迫症等精神症状有关,而如果另外的部分因中风或者神经变性疾病而被破坏,语言功能就会受到影响。对相关神经连接和网络的深入了解,将有助于人们认识与伴随这些病症发生的脑内变化。

研究者所关注脑部区域是包括6v、6r、44d、44v、45、46、47、IFJ、IFS、Op、FPI以及FPm在内的12个额部脑区。图片来源:Franz-Xaver Neubert, et al. (2014)Neuron 81, 700–713

 “脑就像由互联互通的区域构成的一幅马赛克图形。我们想要研究一下这一重要的额部脑区,看看那‘马赛克’里有多少枚‘贴片’,以及它们的位置分布。” 拉什沃斯教授解释道:“我们还观察了每一枚‘贴片’的连接——即它们是如何接通到脑的其他部分的——因为是这些连接决定了哪些信息能够抵达这一构成部分,以及这一部分能够对其他脑区造成什么影响。”

根据MRI数据,研究者将人类的额叶腹外侧划分成12个区域。“这12个区域中的每一个区域,与脑的其他部分连接的模式都各不相同,就像是某种‘神经指纹’。这告诉我们它执行着某种独特的功能。”拉什沃斯教授说。

随后,研究者将人类的这12个脑区与猕猴的额叶组织进行了比较。总体来说,二者非常相像。12个区域中的11个存在于两个物种脑中,而且与其他脑区连接的方式也很类似。然而,猕猴脑中没有任何区域能够与人类腹侧额叶中的一个区域——前额皮质侧额极(FPl,lateral frontal pole)相对应。

人脑的FPl区域与猕猴额叶腹外侧面的任何区域都不存在良好的对应关系,但这个区域的连接模式具有46区的部分特征。图片中部的雷达图表现了静息状态下46区、FPl区及FPm区的功能连接模式。图片来源:Franz-Xaver Neubert, et al. (2014)Neuron 81, 700–713

“我们倾向于认为,能够为未来制定计划、做事方法灵活变通,以及向他人学习都是人类独到之处。我们在脑中辨别出的这一区域似乎为人类所独有,而且有可能与这些认知能力有关。”牛津大学实验心理学系教授马修·拉什沃斯(Matthew Rushworth)说。

侧额极区域与数种计划与决策过程相关:尽管脑的其他过程可能会专注于我们当下的行为,但人类同样善于为下一步的行动思考及计划,因此我们能够迅速继往开来。除了估测自己做出的选择有多么明智,人类也能够判断自己未曾选择的道路的顺畅程度。此外,我们不仅能够在尝试和犯错中学到东西,还能在观察他人尝试的过程中学习——这也使我们能够更加迅速地掌握知识。

牛津研究团队还发现,人脑中负责听觉的部分与前额皮质联系非常密切,但猴脑中却并不如此。研究者认为,这可能对我们理解及生成话语的能力至关重要。这项研究所得的大量MRI成像数据已经得到了妥善保存,在未来的研究中,这些数据将得到扩充,或者在其他研究中作为控制数据组发挥作用。

 

信息来源:What makes us human?: Unique brain area linked to higher cognitive powers. EurekAlert!

文章题图:youngeneticist.blogspot.com

 

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