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大脑到底长啥样？人类最完整大脑三维图像出炉



文 / 管颜青 编 / 袁月
【搜狐健康】最完整的人类大脑三维图像出炉了！近日，麻省总医院（MGH）的研究人员通过一台超级核磁共振扫描仪（MRI），对一名死于病毒性肺炎的58岁女性大脑进行近5天的扫描，获得了数据集超过8TB的人类大脑三维图像。研究人员称，“我们还没有见过像这样完整的大脑”，“这绝对是史无前例的”。



这项研究已发表在生物学术期刊《BioRxiv》上。研究人员指出，在可视化人脑神经显微结构方面，死后离体的磁共振成像比体内成像更具有优势。以往的研究多侧重于解析特定的脑部区域，很少有研究在高磁场强度下对全脑样本进行高分辨率成像分析，并提供立体定向空间中大脑解剖的完整视图。
为了进一步促进人类对大脑的理解，麻省总医院神经技术和神经康复中心的研究人员对完整静止的大脑标本进行 100 多个小时 7T（特斯拉，磁感应强度单位）强度的磁共振扫描。
该大脑标本重达 1210克（正常范围 1200 至 1500 克），来自一名58岁的妇女捐赠。她没有神经疾病史，死于非神经疾病原因，死亡14 小时后，她的大脑一直储存在10％的福尔马林中。



在扫描之前，研究人员制作了一个定制的聚氨酯球形外壳，它可以让大脑保持静止，让干扰气泡逸出。大脑被牢固地包裹起来，然后被送入一台名为“7T”的核磁共振扫描仪。



这次扫描获得了前所未有的 100 微米分辨率人脑空间成像，清晰地显示了大脑结构，展现了包括杏仁核在内的脑部区域细节，有助于加深人类对创伤后应激障碍等疾病的理解。



研究人员介绍说，这种高强度、长时间的扫描方式无法重复在活体上，因为没有活人可以忍受连续100小时的扫描。同时，任何微小的生命活动（如呼吸和血液流动）都会影响图像的清晰度。因此，只有离体标本才能满足实验需求。
“新的成像技术让我们知道什么是可能的。”研究人员Priti Balchandani表示，FDA在2017年批准了第一台“7T”成像扫描仪，未来还需要进一步推进这项技术，让它为研究人员提供更多的线索，以进一步理解昏迷、抑郁症等疾病中难以发现的大脑异常。
参考资料
1. Science News
A 100-hour MRI scan captured the most detailed look yet at a whole human brain
https://www.sciencenews.org/article/mri-scan-most-detailed-look-yet-whole-human-brain
2. BioRxiv
7 Tesla MRI of the ex vivo human brain at 100 micron resolution
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/649822v1.full



几十万年来，人类的大脑体积似乎没有太大变化，但形状却有所改变。8月1日，一项发表于美国《国家科学院院刊》的研究发现，在过去16万年中，人类颅骨的物理变化可能由饮食和生活方式改变引起的面部变化所驱动，而非此前认为的由大脑本身的进化所引起。
人类的“脑壳”自20万年前到现在，在大小上没有太大的变化，但形状却有很大的不同——随着时间的推移，大脑变得更圆了。
此前的一些假设认为，这种变化是由人类行为变化，如工具和艺术的发展，导致大脑形状发生变化，进而导致保护它的颅骨也产生了变化。但支持上述假设的化石证据稀少，且颅骨变化有许多因素在起作用，例如，一个拥有大脸的头骨容纳一个体积大的大脑很简单，但对小脸的头骨来说，可能事情就复杂了。
为了研究人类颅骨转变背后的原因，瑞士苏黎世大学的Christoph Zollikofer和同事对在埃塞俄比亚和以色列发现的50个早期人类头骨进行了数字修复，其中包括智人、直立人和尼安德特人的头骨化石，并将它们进行了比较。然后，研究人员将化石的3D模型与125个现代人类头骨标本进行了比较。
该研究首次将早期现代人中儿童和成年人的大脑头骨进行了比较，从而使研究人员摸清了大脑在人类头骨进化中的作用。
研究小组惊讶地发现，虽然16万年前智人儿童头骨的大小和比例在很大程度上与今天儿童的头骨相当，但那时的成年人头骨与现代成年人头骨明显不同，前者面部更长，特征更明显。
人脸在20岁前一直在生长，而人类在6岁时大脑的大小就已经达到成人大脑的95%左右。
Zollikofer说，如果几乎完全发育的化石儿童大脑与如今的儿童相似，但成人化石的头骨却完全不同，那么，我们可以排除大脑导致头骨形状产生显著变化的可能性。
“如果不是大脑推动了这种变化，我们必须考虑其他因素，比如呼吸、进食或运动方式。”Zollikofer说。
于是，研究人员谨慎地假设，饮食变化或对氧气需求的减少可能是导致头骨产生变化的原因。
现代人的脸比祖先要小得多，且有细微的凹陷。研究表明，大约1.2万年前，当狩猎采集者开始进入农耕生活并食用较细软的食物时，这种变化加快了，这可能是因为咀嚼食物时头骨的负荷减少了。
英国自然历史博物馆的Chris Stringer认为，研究人员谨慎地对待上述假设是正确的，因为几乎没有证据表明人类在石器时代中期和晚期发生了重大的饮食变化。因此，在许多可能的原因中，随着人类胸腔变小，肺活量减少，氧气摄入减少导致头骨变化的可能性更大。（徐锐）
来源： 中国科学报