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據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國卡內基梅隆大學(xué)認知腦成像中心（CCBI）的科學(xué)家首次采用了一種新的組合神經(jīng)成像方法，能夠確切發(fā)現人類(lèi)大腦是如何適應損傷的。發(fā)表在《大腦皮質(zhì)》雜志上的相關(guān)研究報告顯示，當一個(gè)大腦區域的功能喪失時(shí)，備用的次要大腦區域就會(huì )立即活化起來(lái)，取代不能工作的大腦區域以及它的“同盟者”。

CCBI主任馬賽爾·賈斯特表示，人類(lèi)大腦的一種特殊能力就是適應多種類(lèi)型的損傷，如創(chuàng )傷性腦損傷和中風(fēng)等，使得人們的大腦能在關(guān)鍵的腦區域受傷后，繼續維持工作。而這也提示了人類(lèi)如何能通過(guò)訓練自己的大腦，使其變得更易于恢復。秘密就在于開(kāi)發(fā)替代性的思維模式，令自己的大腦成為全能選手，以備不時(shí)之需。

研究人員借助功能性磁共振成像（fMRI）技術(shù)，研究了16個(gè)健康成人的大腦將如何適應暫時(shí)性的韋尼克區失效，該區域是大腦涉及語(yǔ)言理解的關(guān)鍵區域。他們在fMRI掃描的中間區域應用了經(jīng)顱磁刺激（TMS）方法，來(lái)短暫中斷受試者韋尼克區的正常工作。在進(jìn)行磁共振成像掃描時(shí)，科學(xué)家會(huì )分別在TMS實(shí)施之前、之中和之后對受試者進(jìn)行有關(guān)句子理解的測試。

研究團隊在刺激韋尼克區后即刻測量了大腦的活動(dòng)變化。結果顯示，隨著(zhù)TMS的應用，韋尼克區的大腦活動(dòng)明顯減弱，但作為“后備”的次要大腦區域卻被立即激活，并相互協(xié)調，支持個(gè)人的思考過(guò)程繼續，而不會(huì )影響大腦對于句子理解的表現。這些“后備”區域包括對側區域、緊鄰受損區域的大腦區域和正面的執行區域。前兩種備用區域具有與受損的韋尼克區相似的大腦功能，但在效能上要差得多；而第三種區域則發(fā)揮了戰略性的作用。

此外，由于思考本身就是一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的功能，因此當網(wǎng)絡(luò )中的一點(diǎn)受到損害時(shí)，鄰近的其他區域也會(huì )隨之受損。“人們在思考時(shí)會(huì )涉及多個(gè)腦部區域，而非單獨一個(gè)大腦區域。”賈斯特說(shuō)。在停止實(shí)施TMS后，大腦受傷區域及其附近區域會(huì )逐漸恢復至其最初的活動(dòng)水平，而“后備”區域也將繼續工作，這就意味著(zhù)，在一段時(shí)間內，會(huì )有兩個(gè)皮質(zhì)小組同時(shí)作業(yè)，這也就解釋了為何有時(shí)TMS反而能提升大腦的效能。

Robert A. Mason1, Chantel S. Prat and Marcel Adam Just

This study examined how the brain system adapts and reconfigures its information processing capabilities to maintain cognitive performance after a key cortical center [left posterior superior temporal gyrus (LSTGp)] is temporarily impaired during the performance of a language comprehension task. By applying repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to LSTGp and concurrently assessing the brain response with functional magnetic resonance imaging, we found that adaptation consisted of 1) increased synchronization between compensating regions coupled with a decrease in synchronization within the primary language network and 2) a decrease in activation at the rTMS site as well as in distal regions, followed by their recovery. The compensatory synchronization included 3 centers: The contralateral homolog (RSTGp) of the area receiving rTMS, areas adjacent to the rTMS site, and a region involved in discourse monitoring (medial frontal gyrus). This approach reveals some principles of network-level adaptation to trauma with potential application to traumatic brain injury, stroke, and seizure.