Science：臉盲是因為大腦中的組織沒長好

 科學家認為，人們出生時腦子里充斥著過多的神經(jīng)連接，那些神經(jīng)被慢慢修剪，直到童年時期，大腦的結構變得相對穩(wěn)定?，F(xiàn)在，2016 年 11 月 30 日發(fā)表在 Cerebral Cortex 的一篇論文，和 2017 年 1 月 6 日發(fā)表在 Science 上的一篇論文，表明這個過程比以前認為的更復雜。該研究團隊發(fā)現(xiàn)大腦區(qū)域中微觀組織的繼續(xù)生長也會導致功能的變化。
該研究顛覆了神經(jīng)科學的一個中心思想，即腦組織量在我們生命中沿著一個方向在推移 - 從太多到剛剛好。研究團隊通過觀察經(jīng)常被忽視的研究對象：兒童的大腦來做出這一發(fā)現(xiàn)。
兩篇論文的作者，斯坦福大學心理學教授 Kalanit Grill-Spector 說：“我想說的是，在過去的 10 年中心理學家才開始關注兒童的大腦。 問題是，兒童的大腦顯示他們不是微型的成年人。我們的實驗室研究兒童，因為要了解這個年齡范圍內(nèi)大腦的發(fā)育，仍然有許多基礎知識是未知的。”
Grill-Spector 和她的團隊研究了大腦的一個區(qū)域，它將面部與其他物體區(qū)分開來。 在 Cerebral Cortex 發(fā)表的論文中 ，他們表明識別臉部的大腦區(qū)域有獨特的細胞構成。 在 Science 發(fā)表的論文中，他們發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)的微觀結構在一個時間尺度上由童年變?yōu)槌赡辏@反映了人們面孔識別能力的提高。
“事實上，我們看到了組織增生，”Science 論文的作者，Grill-Spector 實驗室的研究生 Jesse Gomez 說，“許多人對大腦組織持有悲觀的看法：隨著年齡的增長，組織慢慢消失。，我們看到了相反的情況 - 在嬰兒期修剪后留下的任何東西都可以用來生長。

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1. 大腦中的微觀變化

該研究團隊研究了該小組研究了識別面孔和地點的大腦區(qū)域.，因為知道你正在看誰和你在哪里對日常生活很重要。 在成人中，大腦的這些部分是密切的鄰居，但有一些明顯的結構差異。
Gomez 說：“如果你可以走過一個成人的大腦，你會俯視細胞，就像走在不同的社區(qū)。細胞看起來不同，它們的組織方式不同?！?
Kalanit Grill-Spector，Kevin Weiner 和 Jesse Gomez 討論了面部和地方選擇性皮質(zhì)的細胞結構。 來源：Brianna Jeska

因對磁共振成像（MRI）不可見的深層細胞結構感到好奇，斯坦福團隊與德國神經(jīng)科學和醫(yī)學研究所的 Jülich 研究中心合作，他們獲得了死后大腦的薄組織切片。 在一年的時間跨度，這個國際合作團隊了解到了如何將腦功能磁共振成像腦區(qū)與相應腦片匹配。 這使他們能夠提取用功能性 MRI 掃描的區(qū)域的微觀細胞結構，這在活體受試者中還不可能。 圍觀影像顯示了面部和地方區(qū)域之間的細胞結構的可見差異。
斯坦福社會科學研究員，Science 論文的共同作者和 Cerebral Cortex 論文的共同作者 Kevin Weiner 說：“這個領域一直有這樣一個白日夢，我們終有一天會在人類大腦中測量細胞結構，這項研究表明我們正在取得進步?！?
2. 大腦中的鄰里

這項工作確定成人的大腦的兩個部分看起來不同，但是 Grill-Spector 對兒童大腦中的這些區(qū)域很好奇，尤其是因為通過青春期改善面部區(qū)域的技能。為了進一步研究這些技能的發(fā)展如何與大腦發(fā)育相關，研究人員使用了一種新型的成像技術。
他們使用兩種類型的 MRI 掃描了 22 名兒童（5 至 12 歲）和 25 名成年人（22 至 28 歲），一種間接測量大腦活動（功能性 MRI），另一種測量腦組織與水的比例（定量性 MRI）。 這種掃描已被用于顯示在人類一生中連接大腦區(qū)域的長神經(jīng)元細胞周圍脂肪絕緣的變化，但這項研究是個使用這種方法直接評估細胞內(nèi)部變化的。
他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了 Science 上，除了看到在這兩個區(qū)域的大腦活動的差異，定量 MRI 也顯示了在臉部識別區(qū)域中的某些組織的生長與發(fā)育。 這種發(fā)育終有助于成人面部識別和地方識別區(qū)域之間的組織差異。 更重要的是，他們發(fā)現(xiàn)大腦活動和面部識別能力組織的性質(zhì)與功能變化聯(lián)系在一起。 在此之前，沒有跡象表明哪個變化導致另一個變化，或者它們是否同時發(fā)生。
3. 一個試驗床

能夠識別熟悉的面孔和地方，雖然顯然是一個重要的技能，但對研究來說似乎是一個奇怪的選擇。 Grill-Spector 說，這些區(qū)域值得一些特別注意的原因，是因為我們可以在每個人的大腦中識別它們，即使是一個 5 歲的孩子，這意味著對這些區(qū)域的研究可以包括大量的參與者，在研究中產(chǎn)生易于比較的結果。 這項研究也具有健康影響，因為大約 2%的成年人識別面部的能力較差，這種障礙有時被稱為臉盲。
此外，梭狀回：大腦中包含面部處理區(qū)域的解剖結構，只在人類和大猿類（大猩猩，黑猩猩，倭黑猩猩和猩猩）中發(fā)現(xiàn)。
“如果你在五年或十年前告訴我，我們將能夠實際測量體內(nèi)組織生長，我不會相信，”Grill-Spector 說。 “它表明了在整個發(fā)育過程中發(fā)生的組織的實際變化，我認為這簡直太棒了。”
參考文獻：Kalanit Grill-Spector.Microstructural proliferation in human cortex is coupled with the development of face processing,Science 06 Jan 2017;DOI: 10.1126/science.aag0311