一项关于大脑形状和几何的研究。由莫纳什大学的詹姆斯·庞博士主持。
悉尼大学和莫纳什大学的科学家们的新研究表明，一个人大脑的整体形状和几何结构——包括轮廓和曲率——对大脑的动态影响要大于脑细胞内部连接的重要性。
这项研究结果今天在《自然》杂志上发表，与强调神经元之间复杂连接重要性的传统观点相矛盾。
由莫纳什大学特纳研究所和心理科学学院ARC杰出研究员亚历克斯·弗诺托教授领导的联合团队检查了超过10,000种不同的人类大脑活动图谱，得出了这一结论。
另一位主要作者、BrainKey AI的凯文·阿基诺博士是悉尼大学物理学院的荣誉研究员，他表示：“正如小提琴弦的谐振频率取决于其长度、密度和张力一样，大脑的本征模式——或振荡频率——取决于其结构特性——物理、几何和解剖；但到目前为止，哪些具体特性最重要一直是一个谜。”
联合主要作者和莫纳什大学特纳研究所和心理科学学院的研究员詹姆斯·庞博士表示，这些发现很重要，因为它们可以简化我们研究大脑功能、发展和衰老的方式。
研究团队使用磁共振成像（MRI）研究了本征模式，这些模式是系统中振动或激发的自然模式，在这个系统的不同部分都以相同频率被激发。本征模式通常被用于物理学和工程领域的研究，并且最近才被用于研究大脑。
团队比较了来自大脑形状模型的本征模式与来自脑连接模型的不同活动模式的匹配情况。
“我们发现由大脑几何——轮廓和曲率——定义的本征模式代表了对大脑功能最强的解剖约束，就像鼓的形状影响它发出的声音一样，”弗诺托教授说。
“通过数学模型，我们验证了几何和功能之间密切联系的理论预测，这种联系是由大脑中传播波状活动所驱动的，就像池塘的形状影响了由落下的小石头形成的波纹一样，”他说。
“这些发现为直接从脑的形状预测脑功能打开了可能性，开辟了新的探索大脑如何影响行为差异和精神疾病和神经系统疾病风险的途径。
这项实验研究的理论基础是由悉尼大学物理学院彼得·罗宾逊教授领导的工作继续发展了数十年。
物理学院动力学和神经系统研究组的贝恩·富尔彻，也是这篇论文的共同作者，表示：“这项工作强调了跨学科合作的重要性——在这种情况下是物理学和神经科学之间的合作。
富尔彻博士表示：“通过将大脑视为一个物理系统，我们能够捕捉和理解隐藏在其令人难以置信的复杂性中的模式。”
研究团队发现，在这超过10,000个MRI活动图谱中，人们进行了神经科学家开发的不同任务时获得，活动被空间模式非常长波长的本征模式所主导，这些模式延伸超过40毫米的距离。
“这一结果与传统观点相悖，传统观点认为，不同任务期间的活动通常发生在局部、孤立的活动增强区域，并告诉我们，在理解大脑如何工作方面，传统脑部定位方法可能只揭示了冰山一角，”庞博士说。
