本期《Science》发表台大与哈佛合作研究成果 揭开大脑神经网络的奥秘:磁振造影新技术发现严谨的三维结构 脑神经相关的精神疾病如何防治？以及大脑的奥秘为何？一直是医学界的重大挑战！因为 人类大脑约有一千亿个神经元细胞，每一个神经元细胞都延伸出细长的神经纤维作为连结 到其他神经元的通路。成千上万的神经元细胞经由更多更密而无法细数的神经纤维互相连 结，看似高度复杂的神经连结究竟遵循何种规则来精确的传递讯号而不失真？与精神相关 的疾病是否有预防与治疗的有效途径？台大医学院曾文毅教授与哈佛医学院Van Jay Wedeen教授发表在最新一期的世界顶尖科学杂志《Science》的研究成果，首度发现了脑 神经网络的三维结构，可望揭开许多大脑之谜。 曾教授及研究团队利用磁振造影发现不同种类的猴子大脑神经纤维是以简单的三维网格结 构所组成，就像棋盘格线相互垂直正交排列。三维网格结构正好平行生物体的前後、左右 、上下三个轴向排列。神经纤维组织的架构竟然是如此简单规律的几何结构，并遵循身体 的三个轴向是很出乎科学家意料之外的，因为这种情形在机率上几乎是零。这种符合立体 空间向度的三维结构，正可以说明人类脑部如何正确的判读空间资讯的立体位置。 这种简单的立体三维结构在过去从未被发现过，主因是传统的组织染色切片只能观察到局 部少数的神经纤维，就好像见树不见林，无法掌握整体的结构形态。而曾教授研究团队运 用一种先进的影像技术-水分子扩散频谱造影(Diffusion Spectrum Imaging, DSI)来侦测 神经纤维的方向及长度，从而重建出大脑中的神经纤维结构。由於目前的科技水平仍无法 获得活体大脑完整精确的神经纤维影像，因此研究团队利用离体猴脑进行超高解析度的扩 散频谱造影影像扫瞄，才发现这个简单的三维网格结构。 研究结果显示三维网格结构普遍存在於四种不同种类的猴子，而後续的研究亦已发现，人 脑也存在类似猴脑的三维网格结构。 此网格结构有助於了解大脑网路互相连结的发育与演化途径。首先，神经纤维很可能按照 身体主轴的三个方向，发展成一个规则的“棋盘式神经纤维网”。脑神经元细胞再透过此 谨然有序的“交通网络”与远端神经元细胞传递讯息。如此可确保讯息能精确的传到远端 对应的神经元细胞。 目前科学家已经运用此网格结构来探讨精神疾病的现象和诊断。神经科学研究结果已显示 一些精神疾病可能源自於脑神经连结的问题。因此，网格结构的排列异常有可能成为精神 疾病的生物标记。换言之，我们可以藉由观察网格结构之异常，早期诊断精神疾病。我们 也可以透过观察网格结构之变化，来追踪精神药物的疗效。 由於人脑具有高度复杂的皮质，目前临床使用的磁振造影仪还无法清楚看到人脑的神经网 格结构。此问题的关键在於磁振造影的核心元件“梯度线圈”所产生的磁场梯度不够强， 因此达不到所需之解析度。有监於精神疾病的日益增加，及早期诊断控制的重要性，美国 国家卫生院从2010年发起了「人脑连结体计画」，资助哈佛大学麻省综合医院建置了一台 研究型磁振造影仪。相较於临床磁振造影仪，此研究型机器可提供八倍之多的磁场梯度， 有助於科学家们观察活体人脑的神经网络。事实上， 人脑的研究已成为基因研究的下一 个最受重视的重大科学研究计画。 在此同时，台湾经济部从2011年年底开始，经由学界科专计画资助曾教授团队发展脑连结 体磁振造影系统。经济部希望透过此计画培育高阶医疗器材研发人才，进而带动台湾的医 疗器材产业。曾教授研究团队现正与国内外医学中心密切合作，针对精神分裂，过动症， 自闭症，失智症，癫痫症及中风等六大神经精神疾病进行研究。预计於2014年在台湾做出 第一台脑连结体磁振造影原型系统，建立正常人及精神疾病脑连结体资料库。期望能够透 过先进的医疗科技揭开人类精神疾病的神秘面纱。 -- 原文 http://www.ntu.edu.tw/spotlight/spotlight.htm 论文 http://www.sciencemag.org/content/335/6076/1628 人脑连结体 应该是 Human connectome project 不过我对那个八倍强的gradient 比较有兴趣 XD --

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