解码功能性大脑发育原理丘脑皮层连接与功能网络的形成

发布时间：2024-07-31 14:33:11 栏目：精选百科

导读 在我们的日常生活中，我们的大脑无缝地处理来自周围世界的视觉信息流，同时理解事件的因果结构。这些基本的认知功能被称为外部感官处理和内...

在我们的日常生活中，我们的大脑无缝地处理来自周围世界的视觉信息流，同时理解事件的因果结构。这些基本的认知功能被称为外部感官处理和内部世界建模，对于驾驭复杂环境至关重要。我们的大脑通过负责这些过程的大规模功能系统来实现这一点。最近，由基础科学研究所 (IBS) 领导的国际科学家合作探索了丘脑皮层连接在大脑网络发展过程中的作用。



神经科学中一个长期存在的问题是大脑的大规模功能网络在发育过程中是如何形成的。这项研究调查了从婴儿期到成年期丘脑和大脑皮层之间的连接变化，以及这些变化如何影响大脑功能网络的形成。研究人员首次揭示了丘脑皮层连接对于大脑功能网络的出现和专业化至关重要，特别是那些处理外部和内部信息的网络。

传统上，丘脑被视为感觉信息的中转站，它还影响高级认知功能。丘脑和皮质之间的感觉连接在早期就迅速建立，而高级认知连接则在成熟后发展。然而，这些发展的确切机制和时间表仍不清楚。这项研究开始解决这些挑战，采用先进的神经成像技术、转录组分析和横断面和纵向数据集的计算模型，绘制不同年龄组的丘脑皮质连接发展情况。

这项研究表明，在婴儿期，丘脑皮层连接反映了早期感觉运动网络分化和与大脑发育相关的基因表达模式。然而，随着儿童的成长，这种连接的作用发生了变化，与显着性网络建立了联系，该网络是区分外部(感觉运动、视觉、背部注意网络)和内部(默认模式网络)功能皮层系统的锚点。计算机模拟证实了丘脑连接在成熟大脑关键特征的形成中的作用，例如功能分离和感觉联想轴。

“我们的研究首次提供了丘脑皮质连接如何从婴儿期到成年早期对人类大脑大规模功能组织做出贡献的详细图谱，”主要作者 PARK Shinwon 说道。“通过整合先进的神经成像技术、基因表达分析和计算建模，我们能够系统地跟踪和分析不同发育阶段大脑连接的变化。这种综合方法使我们能够揭示丘脑在功能性大脑网络的出现和专业化中的关键作用。”

与早期研究侧重于单个丘脑核的区域特性不同，这项研究提供了丘脑与皮质网络的整体整合的全面视角。这些发现对理解和研究表现出内部和外部处理受损的临床状况(如自闭症、精神分裂症和其他神经发育状况)具有潜在意义。

通讯作者、IBS 神经科学成像研究中心首席研究员 HONG Seok Jun 表示：“了解丘脑皮质连接如何演变并影响大脑功能，为确定神经发育疾病的潜在机制提供了重要基础。这项研究为早期诊断和有针对性的干预开辟了新的可能性，可以显著改善神经发育疾病患者的治疗结果。”

未来，研究人员计划研究自闭症儿童丘脑皮质连接如何变化，以及这些变化与临床症状和认知功能有何关联。他们还计划扩大研究重点，包括纹状体和小脑等其他皮质下结构。系统神经科学的这种更广泛的方法将帮助我们更全面地了解各个大脑区域如何相互作用和发展。