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科学家建立大脑皮层沟回发育模型
发布日期:2013-05-22 22:12:00
  大脑皮层上那些大大小小的褶皱——沟回是高级神经活动的基础,这些对人类智力至关重要的结构是怎么发育的?科学家新近开发出一套分析工具,可以精确测量大脑沟回的发育时间和速度。   科学家认为,这将加深人们对大脑发育过程的理解,帮助实现对精神分裂症、孤独症等神经疾病的早期诊断。   有沟回的脑是一部分大型哺乳动物的独有特征,复杂的褶皱使得体积不大的脑可以拥有很大的表面积,产生较高智能。在大脑发育过程中,主要的沟回在妊娠中迅速发展并在婴儿出生时完全形成。随着大脑在婴幼儿期间的进一步发育,大脑沟回的形状和深度继续发生相对变化直至成年。各种各样的脑部和神经疾病都可能会影响沟回的正常形成,造成不同程度的智能障碍。   近年来蓬勃发展的核磁共振成像技术使人们可以无损伤地深入观察大脑。美国麻省理工学院和哈佛医学院等机构的科学家获取了11名不同年龄婴幼儿的核磁共振头部图像,利用先进的图像处理和人工智能技术对其进行分析,建立了大脑皮层沟回发育的定量模型。   分析研究的第一步是将这些不同婴幼儿的大脑表层模型进行匹配,以找到不同大脑皮层上的相应标记点。然后利用数学工具提取出不同尺度的大脑沟回,并在最后建立的发育模型中对它们进行分别分析。这个模型符合大脑在生命初期迅速发展然后逐渐稳定的现象,并第一次定量地模拟了大脑皮层沟回的正常发展。有关论文发表在4月号的医学成像权威学术杂志《IEEE医学成像汇刊》上。   论文第一作者、麻省理工学院的中国博士研究生余鹏向新华社记者介绍说:“利用这些模型,我们可以精确地测量不同尺度的大脑沟回的发育时间和速度。总体来讲,我们发现大尺度的沟回比小尺度的沟回发育得早,也更慢。”论文的合作者、麻省理工学院的漆远博士介绍说,借助先进的图像处理和人工智能技术,可以从较少的动态数据中建立可靠的皮层沟回发展的数学模型。   在下一步研究中,科学家希望获取一些非正常大脑的图像,例如患有孤独症、精神分裂症等疾病的婴幼儿的大脑图像,与正常图像对比,寻找沟回发育的异常之处。