大脑制图：促进我们对发育性障碍的理解

by John Nowacky
in News
on 25 5 月 2024

Mapping the Brain: Advancing Our Understanding of Developmental Disorders

使用创新技术和虚拟现实，佛罗里达南部大学的医学工程教授正在彻底改变我们对大脑的理解。乔治·斯皮罗教授以海牙囊为重点，这是人类大脑中最大的负责处理声音的神经末梢，他的目标是深入了解自闭症等发育障碍并找到更有效的大脑损伤和疾病治疗方法。

凭借美国国立卫生研究院的330万美元资助，斯皮罗正在扩展他四十年来大脑研究的成果，以创建这一特定脑部的详细图谱。通过研究听觉功能障碍，他希望揭示社交和认知障碍背后的奥秘，这是发育障碍患者常见的症状。

通过Auditory Development and Connectomics Laboratory的高分辨率成像技术，斯皮罗正在开发大脑中任何神经系统的最准确发育时间表。这项开创性研究包括跟踪小鼠神经元从出生到形成复杂突触连接的旅程。这些小鼠大脑由于在神经元类型和连接方面与人类神经系统的相似性而成为研究人类神经系统的有价值模型。

斯皮罗与博士生丹尼尔·海勒一起利用虚拟现实探索捕获的神经元图像，并在沉浸式体验中分析突触。通过以时间和空间分辨率研究神经系统，这两位研究人员正在推动这一领域科学理解的边界。

大脑神经元和突触在早期阶段发育的速度惊人，每秒形成数百万个突触。这一快速增长期发生在胎儿第四到第五个月之间，反映了大脑发展的令人难以置信的能力。

“这项研究对于了解细胞水平上的疾病物理表现并开发更好的治疗方法至关重要，” 海勒说道。“没有对正常大脑发育的全面了解，我们只能控制症状而无法找到全局性的治愈方法。”

在接下来的五年中，斯皮罗和海勒的目标是揭示导致海牙囊精确形成的错综复杂信号。这一关键细节将不仅揭示这一特定神经系统，还将揭示其他神经回路的形成。这些信息对于在大脑损伤时重新组织和重新连接神经元，通过手术和其他治疗选项促进患者康复将是无价的。

斯皮罗教授对揭示大脑的形成过程和对患者生活潜在影响的激情推动着他致力于这个领域。正如他所说，“了解大脑的发育是一次真正令人敬畏的旅程，它给了我们每天来工作并继续重要研究的动力。”

虽然这项研究聚焦在海牙囊上，但其影响超越了听觉处理的范畴。通过绘制大脑并了解神经发育的基础知识，我们有可能改变对发育障碍的理解，并为更有效的治疗和治愈铺平道路。

未在文章中提及的其他事实：
– 自闭症、ADHD和智力残疾等发育障碍影响全球数百万人。
– 许多发育障碍的确切原因仍未知晓，这使得开发有针对性和有效的治疗方法具有挑战性。
– 绘制大脑可以帮助确定受发育障碍影响的特定脑区和神经网络，提供对其潜在机制的新见解。

最重要的问题及其答案：
1. 大脑海牙囊发展中的关键神经过程是什么？
大脑海牙囊发展中的关键神经过程包括神经元迁移、突触形成和神经连接的精细调节。

2. 发育障碍如何破坏神经回路的正常发展？
发育障碍可以通过各种机制破坏神经回路的正常发展，比如异常的神经元迁移、错误的突触形成，或受损的突触修剪。

关键挑战或争议：
1. 道德考量：绘制大脑和研究神经发展引起重要的道德关注，特别是在动物研究和实验方面。
2. 研究结果的普适性：虽然小鼠模型为人类神经发展提供了宝贵的见解，但小鼠和人类大脑之间存在固有差异。因此，应考虑研究结果对人类的普适性。

绘制大脑以应对发育障碍的优势和劣势：
优势：
– 加强理解：绘制大脑可以更深入地了解发育障碍背后的神经机制，从而导致更有针对性的治疗方法。
– 精准医学：详细的大脑图谱可以通过确定患者受影响的特定脑区来帮助个性化治疗方法。
– 早期诊断和干预：绘制大脑可以有助于早期发现发育障碍，为改善预后进行早期干预。

劣势：
– 复杂性：人类大脑非常复杂，绘制其错综复杂的神经回路是一项艰巨的任务。
– 可及性：先进的大脑绘制技术可能并不广泛可及，限制了其应用和潜在影响。
– 道德关注：如前所述，在大脑研究和实验中使用动物存在道德关注。