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重点提要
情绪和行为等高层次心智有关。
大脑皮质就是脑部最外层有着弯曲皱折的部份,与人类的感知、思想、复杂的皱折让表面积增大的皮质可以装入内部表面积有限的头颅里。
最新发现显示,皮质上的隆起和沟壑是因皮质内神经纤维的拉力所造成的。
自闭症)患者的大脑皮质外观不同,这些形状差异显示患者各个脑区间的联系也和正常者有别。
健康人和罹患源自胚胎发育时期的脑疾病(例如第一眼看到人类大脑,我们首先会注意到的就是那纵横交错的隆起和沟壑,这些有着弯曲皱折的胶状组织即为大脑皮质(又称为灰质),约2~4毫米厚,里面布满了神经元,负责调控认知、思想、情绪和行为。其它脑部较大的哺乳动物,像是鲸、狗和人类的近亲大猿,也都有纹路独特的皮层皱折,脑部较小的哺乳动物和其它脊椎动物,脑部外观则较平滑。这些拥有大型脑部的哺乳动物在演化过程中,皮质大幅扩增,事实上,如果把人类的大脑皮质铺平,它的面积相当于一个特大号披萨,是头颅内部表面积的三倍,因此人类和其它“脑大”的物种,要把皮质塞进头颅的唯一办法就是“折迭”。
创伤受损,就会对脑的形状和神经传讯造成深远的影响,因此这项发现可引领诊断和与疗一些精神疾病的新策略。
这些折迭并不像将纸揉起来一样随便,每个人都循着一定的模式。这些折迭原先是怎么发生的?折迭产生的形态是否透露了脑的功能?新研究显示,在胚胎发育期间,神经纤维网络会将柔软的皮层拉扯出特定形状,并且终生维持着,如果神经网络在发育期间出错,或之后因中风或神经纤维的拉力造成皱折
自我组织的结果。
几百年来,科学家不断思索着脑部复杂的形状。19世纪初期,德国医生高尔(Franz Joseph Gall)提出从脑和头颅的形状可看出一个人的智力和个性的观念,这个理论又称为颅相学(phrenology)。尽管没有科学证据支持,这个影响深远的观念却让科学界开始搜集并研究“罪犯”、“变态”和“天才”的脑。到了19世纪后期,瑞士解剖学家西斯(Wilhelm His)提出假说,认为脑的发育受到一连串物理力量的引导。英国博物学家汤普森(D'Arcy Thompson)根据这个学说指出,不管是生物或无生命物质,许多结构都是物理性这些早期学说虽然诱人,但最后却日渐式微。人们认为颅相学是伪科学,在现代遗传理论下,以生物物理来了解脑结构的方法相形失色,不过最近科学家使用全新的脑造影技术,并以先进的计算机分析为辅,反倒为19世纪的那些旧观念提供了一些新鲜的证据。
1997年起,有一些线索指出西斯和汤普森有关大脑构造的想法并没有错。美国圣路易华盛顿大学的神经生物学家范艾森(David Van Essen)在《自然》上发表了一个假说,指出那些连结大脑皮质不同区域、负责讯息传递的神经纤维,会对这层胶状组织造成一些微弱的拉力。在人类胚胎发育的前六个月,大脑皮质都维持平滑,新生神经元会伸展出细长的轴突(axon),钩住位于皮质其它区域内的目标神经元的树突(dendrite),然后系缚在一起,当皮质扩增,轴突像橡皮筋一样拉得又长又紧;到了怀孕中期尾声,神经元继续形成、移动并建立连结,大脑皮质也开始折迭;到了出生时,皮质已大致发展完全,也有了典型的皱折外观。
范艾森认为,大脑皮质上两个区域间有许多轴突相连,在发育期间会因为系缚的轴突产生拉力而拉近,形成隆起的脑回(gyrus);相对的,连结较弱的区域就会被拉开,分隔在脑沟(sulcus)的两侧。