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万物以对称为美,为什么人脑左右不对称?

乍一看,人体看起来是对称的:两条胳膊,两条腿,两只眼睛,两只耳朵,甚至鼻子和嘴巴都似乎在一个假想的轴上呈镜像,把大多数人的脸分开。最后是大脑:它被分为两个大致相同大小的部分,凹槽和凸起也遵循相似的模式。但第一印象是具有欺骗性的:不同的大脑区域在左右脑之间有微妙但功能相关的差异。这两个脑半球专门负责不同的功能。例如,对大多数人来说,空间注意力主要由右脑处理,而语言主要由左脑处理。这样,工作可以更有效地分配到双侧大脑,因此任务的范围得到了全面扩展。   但这种所谓的偏侧化(lateralization,即大脑左右半球分别负责处理不同功能的倾向)因人而异。这不仅仅是少数人的大脑与大多数人的大脑不一样。即使是那些拥有典型大脑结构的人,其大脑不对称的程度也有所不同。早期的研究表明,这反过来也会影响功能本身。例如,在阅读障碍患者中可以观察到某些语言区域缺乏左侧不对称性(left asymmetry)。大脑偏侧化不足似乎也在精神分裂症、自闭症谱系障碍或儿童多动症等疾病中发挥作用。   然而,直到现在,人们还不清楚个体间大脑不对称的差异有多少是遗传的,有多少是由不同的需求引起的?此外,类似的大脑不对称特征是否也存在于猴子身上?   最近,马克斯·普朗克人类认知和脑科学研究所(MPI CBS)的科学家们现在已经研究了功能梯度(functional gradients)的不对称性,描述了大脑功能沿皮层的平滑变化轴(Wan et al., 2022)。研究人员使用两个数据库对这些联系进行了调查,一个数据库包含人类大脑扫描的数据,包括双胞胎,另一个数据库包含19只猕猴的大脑扫描。通过比较同卵双胞胎、异卵双胞胎和无血缘的个体,研究者能够确定兄弟姐妹之间的差异,并且断定哪些差异不是由基因决定的,而是由于环境的影响。反过来,通过与猕猴的比较,可以揭示人类和猴子之间的差异在哪里,以及哪些是在进化过程中产生的。科学家们在所谓的低维功能性大脑连接组织(low-dimensional, functional brain connectivity organization)的帮助下计算出了这些差异。这揭示了不同大脑区域协同工作的程度。研究人员计算了每个脑半球的这种组织特征,然后将左侧减去右侧作为不对称指数。   他们发现,左右脑区域的功能组织存在微妙的变化。在大脑左侧,参与语言处理的区域距离参与视觉和感觉的区域最远。而在大脑右侧,负责注意力和工作记忆的所谓额顶神经网络距离这些感觉区域最远。研究人员还发现,这些功能安排的个体差异是可遗传的,这意味着它们在一定程度上受到遗传因素的影响。与此同时,人类大脑中这种不对称的很大一部分不能用遗传因素来解释。这意味着某种不对称至少在一定程度上受到了个人经验的影响。   此外,研究小组还发现,人类的大脑比猴子的大脑更不对称。马克斯普朗克人类认知与脑科学研究所的博士生、该研究的主要作者BinWan解释说:“该研究观察到的功能不对称很可能反映了来自个人经历的遗传和非遗传影响的相互作用”。该研究目前发表在eLife杂志上。事实上,在老年人中,他们观察到右侧不对称(right-ward asymmetry)有所降低,这表明大脑偏侧化在整个生命周期中存在微妙的变化。   该研究的负责人、马克斯普朗克人类认知与脑科学研究所的认知神经遗传学研究小组的苏菲·瓦尔克解释说:“我们想了解为什么左右半球之间的细微差异既与语言和注意力有关,也与各种发育障碍有关,如果我们了解了这种不对称的遗传性,这将是了解遗传和环境因素在塑造这种特征中的作用的第一步。我们也许最终能够弄清楚,当左右脑间的差异被破坏时,哪里会出现问题。”

2023-02-26 23:01


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