曦嘉医疗带你探秘结构性和功能性脑网络

在人体这座精妙无比的“大厦”中，大脑无疑是最为复杂的“核心区域”。它有着多层次的组织结构，每一层都承载着独特且至关重要的使命。其中，突触扮演着极为关键的角色，它就像是大脑中数十亿个神经元之间的“桥梁”，负责对信息进行处理与存储的调节工作，让大脑能够有条不紊地运行，完成各种各样复杂的任务。

近些年来，神经科学家们像是勇敢的探索者，开启了绘制大脑连接图的征程，试图借此深入了解大脑那神秘莫测的功能。而这些连接汇聚起来，便构成了一个全新的概念——连接组，它仿佛是大脑的“联络图”，蕴含着大脑运行的诸多奥秘。

结构性和功能性脑网络究竟为何物

脑回路作为大脑功能的根基，是连接组中不可或缺的基本组成部分。不过，仅仅停留在脑回路层面去研究，是没办法彻底解开大脑高阶功能以及诸多疾病机制的谜团的。大脑要执行众多基本任务，靠的是跨越不同功能区域的无数回路之间相互协调配合，它们就像是一个配合默契的团队。而那些相互连接的大脑区域共同组成了脑网络，并且往往会通过处于中央位置的“枢纽”区域来相互连接，这样的连接方式极大地促进了网络内信息的交流互通。

从更宽泛的角度来看，脑网络的定义可以从两种方式入手，即结构性或者功能性。结构性网络，简单来说，就是由大脑白质构建而成的大脑区域之间的连接结构。想象一下，轴突纤维束就如同一条条“电线”，以电信号的形式把信息从大脑的这个区域准确无误地传输到另一个区域，让大脑各个部分能够协同知晓相关信息。而功能性网络则是指在大脑处于静止状态或者正在执行活动任务时，那些会同时活跃起来的大脑区域所构成的网络。

有意思的是，功能性网络常常会和结构性网络出现重叠的情况，但这也并非是绝对的。比如说在婴儿期和儿童期，结构和功能网络之间的重叠就明显减少了，而且这种结构性和功能性之间的不协调现象，会随着整个成长发展过程逐渐减少。这些网络之间不一定非得有直接的物理连接，有时候可以通过中枢区域的间接连接来实现信息的交互等情况，即便中枢区域并没有积极参与到特定的任务状态当中去。

在众多被研究发现的大脑网络中，有不少都肩负着重要的功能职责。其中最为大家所熟知的当属默认模式网络（DMN）了。DMN在促进大脑休息时的功能方面有着举足轻重的作用，它就像是大脑在休息时的“幕后操控者”，被认为是构成“内部思想”的关键所在，能够驱动自我反思以及营造出那种梦境般的状态。它在腹侧内侧前额叶皮层、后扣带皮层、海马以及其他皮层区域都有着相应的节点，这些节点相互配合，让DMN发挥出独特的作用。

除此之外，还有6个其他“核心”功能性网络，像感觉运动网络、突显网络、边缘系统、背侧注意网络、中央执行网络以及视觉网络。它们就如同一个个“小能手”，共同驱动着诸如视觉处理、物体识别、感觉运动功能、定向注意力等关键的大脑运作过程。然而，它们也仅仅只是构成连接组的众多网络和系统中的一小部分而已，大脑的奥秘还有待我们不断去挖掘探索。

重要脑区相关情况

要研究连接组，所采用的方法是要依据想要获取的信息来决定的。回顾过往，我们最初对大脑网络的认知，是源于发现布洛卡区和韦尼克区出现病变的时候，都会导致严重的语言功能障碍。随着进一步深入调查，又发现了弓状束，它是一种连接这两个区域的白质，一旦它受到损伤，患者同样也会出现语言方面的障碍。这充分表明了，大脑区域之间的联系其实和每个单独区域自身的功能是同等重要的，任何一环出现问题，都可能影响大脑整体的功能发挥。

不过，这些早期的观察虽然改变了我们对大脑的理解，但要想真正弄明白神经元回路以及大脑网络，还需要更加精细的细节信息。比如说电子显微镜（EM），它能够在纳米尺度上对大脑样本进行细致的检查，为我们呈现出细胞结构的详尽模样，基于此还可以用来开发3D模型呢。但它也有着明显的不足之处，那就是所检测的样本必须是死后或者通过活检获取的，所以通过它只能识别与结构网络相关的连接。而且，EM成像不仅成本高昂，操作起来还十分费力，这也在一定程度上限制了它的广泛应用。

好在还有磁共振成像（MRI），它可就厉害了，能够对结构和功能网络都进行检查。尽管MRI的分辨率相较于EM等技术要低一些，不过它已经足以去界定那些在临床和研究中相关的更大神经元群体了。更为重要的是，MRI扫描可以在临床上能够实施的时间范围内完成收集工作，这使得它能够轻松地融入到常规医疗实践当中去，这一点是目前由于劳动力限制以及使用EM所需设备等因素而没办法做到的。而且MRI还有不同的模式，每种模式都可以从不同角度揭示大脑的特定方面，就像拥有多面视角去观察大脑一样。

像弥散张量成像（DTI），它能够检测穿过白质束的水，借助这个原理，研究人员就可以绘制出这些白质纤维束，进而识别出活体大脑中的结构性网络。临床医生们也常常会利用DTI来确定像是创伤性脑损伤（TBI）、缺血等疾病中白质损伤的程度，对于脑损伤以及多发性硬化症等病症来说，它有助于判断预后情况。

另外，功能性磁共振成像（fMRI）也是“神通广大”。大家都知道神经元活动对能量的需求是非常高的，当神经元放电增加的时候，就需要额外的氧气和葡萄糖来支撑。而在这个过程中，当星形胶质细胞（一种神经胶质细胞）检测到神经元活动后，会促使血管扩张，以此来增加血流进行补偿。fMRI恰恰就能检测到这些由活动引发的血流变化，并且通过一种叫做血氧依赖性成像（BOLD）的技术，fMRI技术人员还可以检测血液中含氧和脱氧血红蛋白之间的磁性差异，通过测量耗氧量的增加来间接检测活动，从而精确定位在特定任务状态下协同作用的区域，以此来识别功能性大脑网络。

临床意义所在

随着神经影像学不断取得进步，我们对连接组学的理解也日益加深，这无疑给系统神经科学的发展注入了强大的动力。它让我们在面对那些一直未被攻克的复杂神经学难题时，有了更多的认识，比如说意识背后的机制到底是怎样的，连接组学的研究或许能为我们打开新的思路。

同时，连接组学在诊断方面也展现出了巨大的潜力。从简单的睡眠剥夺情况，到像患有轻度认知障碍（MCI）的阿尔茨海默病这类较为复杂的病症，它都有可能发挥作用。就拿fMRI来说，研究人员近期通过它发现了精神分裂症、注意力缺陷多动障碍、双相情感障碍、癫痫以及神经退行性疾病（比如帕金森病或者阿尔茨海默病）患者的网络改变情况。这些新发现的信息就像是一把把钥匙，能够帮助我们去确定这些疾病背后新的神经元机制，进而为药物开发进一步明确目标方向，有望让更多饱受这些疾病困扰的患者受益。

总之，对结构性和功能性脑网络的研究是充满挑战却又意义非凡的，它正引领着我们一步步揭开大脑那神秘的面纱，为人类健康事业不断添砖加瓦。