【脑客中国】贺永:人脑复杂网络的连接架构、形成发育与受损机制

时间:2022-11-22 编辑:瀚翔医疗 浏览数:4567

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非常感谢主持人的介绍,特别要感谢罗跃嘉老师的邀请,非常荣幸能够有机会在线上和我们很多的朋友一起来交流我们做的一些工作。



关于人脑的复杂网络,实际上我们课题组也做了十多年的工作,对将来的发展方向,即下一步我们要做的事情,希望借脑客中国这一次机会,和各位同道一起来探讨一下。下面我主要来汇报一下我们在人脑复杂网络的三方面工作,分别是是涉及到关于网络的连接架构、它的形成发育以及网络受损的一些相关情况。


01人脑网络的三方面

实际上在很多的学科里,不同的领域中,都有一个复杂的系统,比如说人和人之间的关系组成的社会网络,每天都要使用的Internet网络,还有交通网络。最近大家都知道的新冠病毒传染网络,也是非常重要的流行病学网络。


虽然在很多领域里都有复杂的网络,但这些网络是存在非常多的共性现象,或者说是大自然界一些相通的物理规则。实际上我们可以去探索不同类型的网络连接规则,这些不同的网络里面的节点是怎么联系起来的,是不是在一些节点的联系非常多、非常重要,我们称之为枢纽节点,它对于整个网络起着非常至关重要的作用。


网络的连接架构直接决定着网络行使的功能,比如说现在的新冠病毒网络,通过一些在物理上非常重要的枢纽,比如说像某些机场一样,短时间就让新冠传染开来。所以理解网络的架构是非常重要的。


第二点就是不同类型的网络它都有一个形成、发展的过程,这些网络不是一下就有的,它是一个慢慢建构的过程,这个建构过程作为一个物理系统,也服从着一些规则,由此我们可以理解这些网络是怎么形成的。


第三方面是网络会受到很多的攻击,比如说某些节点受到了损害,信息就无法传输了,这个网络的功能也会受到影响。那么有的时候需要修复这样的节点、修复这样的连线,所以很多不同领域的网络有许多相似的知识。


02人脑网络的复杂性

实际上我们人脑可以讲是世界上最复杂的一个系统,虽然我们大脑看起来很小,但是长期的进化过程中,我们脑内是有非常多的脑单元,它存在许多复杂的联系,让我们有了人类的智能。研究脑网络内部的连接规则及机制,实际上是现在神经科学里边非常重要的一个方向,很多的研究者已经提出网络神经科学,或者叫引导连接组学。



我们知道人脑网络的复杂性可以从很多不同的尺度来探索,比如说从微观尺度,也就是一个节点可以到那个神经元,来探索这种神经元是如何组成一个巨大的网络。目前在生物如线虫中,我们可以获得一些数据去探索它的三百多个神经元之间是怎么联系起来。


除了微观尺度,我们可以再往上一点到达介观尺度,有很多研究者在猴子、鼠这些对象里,用一些有创的技术来探索介观尺度。而更大的一个尺度就是我们人脑现在处于的宏观尺度,大部分是采用了一些无创的技术,比如说磁共振成像、脑电脑、磁代谢等技术来进行研究。



从微观、界观到宏观,实际上在不同尺度上,我们人脑网络表现出很多相似的规则,而且不同的尺度之间也具有非常复杂的联系。在不同的尺度上,实际上都给我们带来了很多不同的角度去探索人脑网络的连接模式和机制。


人脑网络的复杂性不仅是体现在跨尺度,而且还体现了多模态。有结构的网络、功能的网络、电生理的网络、代谢的网络、化学作用的网络等等,这些不同的模态之间的网络也具有非常复杂的关系。所以从这个角度来看,实际上我们人脑从这个跨尺度、多模态来看还是非常复杂。

注:上述内容在征得袁永老师同意后,在不改变原意的情况下进行的部分文字整理。观看完整视频内容请扫描下方二维码或点击阅读原文观看。



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