让我们保持清醒的超详细脑细胞图可以提高我们对意识的理解

维持人类清醒状态的大脑网络的新地图可能有助于提高我们对意识的理解。

科学家们绘制了一张全面的大脑细胞图谱，负责让我们保持清醒。这样做的目的是更好地了解人类意识的机制，并改善对昏迷和植物人状态的治疗。

“这是一项美妙的研究，”博士说。尼古拉斯·希夫 (Nicholas Schiff) 是威尔康奈尔医学院的神经病学和神经科学教授，他没有参与这项新研究。 “这是一张包含一切的地图。” 

希夫过去曾与该研究的一些作者合作，他希望这张新地图可以作为科学家回顾并观察意识状态改变的患者的模板。此类工作可以帮助准确地阐明如何扰乱这种觉醒网络以及需要什么才能使其恢复正常。希夫告诉《生活科学》杂志，这是一种工具，可以帮助科学家确定哪些大脑活动对于保持人的清醒和意识是“必要和充分的”。

这项新研究于周三（5 月 1 日）发表在《科学转化医学》杂志上。 

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映射意识

人类意识产生于大脑皱纹表面（称为大脑皮层）与其下方更深的“皮层下”结构之间的微妙舞蹈。皮层中的电路引导我们的注意力并处理来自周围世界的信息，而皮层下网络从下面插入这些电路，从本质上保持它们活跃。 

“它发送的信号激活并刺激整个大脑的其余部分，”第一作者博士说。 Brian Edlow，麻省普通神经科学联合主任兼昏迷和意识神经影像实验室主任。

因此，意识是“这些皮层下网络与这些皮层网络的无缝交互，”希夫说。 “我认为，试图将这些东西分开是一种技巧。”

但科学家对人类皮层下网络的理解并不完整。它在很大程度上依赖于动物实验，在动物实验中，科学家可以将可追踪的化学物质注射到大脑中，然后取出器官，以便更好地了解它们最终去向的地方。在活人中，这些深层网络位于主要动脉和充满空气的鼻窦附近，并且它们也会随着每次呼吸而移动一点，使得标准的大脑扫描不那么清晰且难以解读。相比之下，人类皮层中的网络更容易成像，并且得到了更好的研究。

为了帮助缩小这一知识差距，这项新研究的科学家们观察了三名中年器官捐献者的大脑。埃德洛告诉《生活科学》杂志，利用死后大脑，研究小组能够“以超高分辨率绘制大脑网络图，并看到扫描活人时根本看不到的连接”。

这些器官捐献者死时没有神经系统问题，他们的大脑被小心地保存在甲醛中。研究人员用彩色化学物质对大脑进行染色，以标记不同类型的脑细胞，然后将大脑置于磁共振成像 (MRI) 扫描仪中长达 48 小时。

这产生了令人难以置信的高分辨率皮质下结构图，这些结构在之前的研究中与觉醒有关。研究小组手动追踪这些结构中脑细胞之间的连接，同时考虑到水沿着电线流动的方向。 MRI 捕获的这一指标可以帮助揭示网络中不同节点的链接程度。

这项工作揭示了几个皮层下结构（脑干、下丘脑和丘脑）以及称为基底前脑的皮层部分中觉醒网络的主要节点。该网络被证实与涉及意识的电路相连。被称为默认模式网络，当我们做白日梦而不专注于特定任务时，它会非常活跃。

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为了支持他们在死后大脑中的工作，该团队还研究了参与人类连接组计划的 80 多人的功能性 MRI 数据，该计划是一项由政府主导的项目，旨在绘制死后大脑中的所有网络图。人类的大脑。这些额外的脑部扫描观察了含氧血液的流动，指出了这些意识和觉醒网络相遇的中心：腹侧被盖区。

总的来说，死后脑部扫描提供了大脑中的高速公路地图，而实时扫描则显示了这些道路沿线的交通模式。埃德洛说：“我们将我们的发现视为初始地图，超出了之前已实现的空间分辨率。”展望未来，研究人员希望进一步提高地图的分辨率。 

希夫指出，目前尚不清楚新地图将如何影响昏迷、植物人或最低意识状态患者的治疗。但他补充说，它应该是更好地理解和治疗这些疾病的有用工具。

埃德洛说：“我们设想这些连接图将使我们能够一次一个人地拼凑出恢复意识所必需且充分的连接组合。”