每个人的大脑结构都是独特的，不同的大脑结构可能会影响人们完成各种认知任务的速度。

 

但神经解剖学如何影响表现在很大程度上是一个悬而未决的问题。

 

为了了解更多，科学家们正在开发一种新的工具——大脑的计算模型——来模拟大脑结构如何影响大脑活动，最终影响人类行为。这项研究的重点是大脑内部的互联性，研究不同的区域是如何相互联系和相互作用的(个体之间的特征不同)。

 

在一项初步的概念验证研究中，由布法罗大学数学家萨拉·马尔登(Sarah Muldoon)领导的团队发现，这种方法有望理解大脑结构与语言相关任务表现之间的相互作用。这项研究于2018年10月17日发表在《公共科学图书馆计算生物学》杂志上。

 

“我们正在创建这些个性化的大脑网络模型，以了解大脑在做什么，这是基于一个人的大脑的不同区域如何相互连接，”第一作者Kanika Bansal说，她是联合在UB、美国陆军研究实验室(ARL)和哥伦比亚大学工作的博士后研究员。

 

”模型这样强大的工具,因为它们允许我们进行在硅片的实验来理解大脑功能在个人基础上,”马尔登补充说,博士,助理教授在乌兰巴托艺术与科学学院和数学教员在乌兰巴托的计算和数据功能的科学与工程和神经科学项目。

 

个性化大脑模型的力量

 

在这项新研究中，研究人员基于扩散光谱图像创建了10个人大脑的数据驱动数学模型，这些图像捕捉了受试者实际大脑的结构连接。

 

然后，科学家们使用这些模型来了解每个人的大脑，包括:

 

当大脑受到刺激时，很容易进入活跃状态。

 

当左额下回(大脑中对语言很重要的区域)受到刺激时，大脑哪些区域变得同步，表现出类似的活动。

 

研究发现，大脑的这些特征与人们能够多快地完成三项语言要求较高的任务之间存在一定的关系:说出第一个出现在脑海中的动词和一个名词;在句子中填空;并且阅读大量的数字。(每位参与者在接受左侧额下回经颅磁刺激前后，完成每项活动多次。)

 

虽然规模不大，但该研究显示了数据驱动模型在学习大脑结构和任务表现之间的联系方面的潜力。

 

可能用于治疗疾病，提高性能

 

开发个性化的大脑活动模型不仅可以改进神经科学研究，还可以促进使用大脑刺激治疗疾病或提高人类在各种任务中的表现。

 

研究报告的合著者、德雷塞尔大学(Drexel University)心理学助理教授、宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)神经学兼职助理教授约翰•梅达格利亚(John Medaglia)博士表示:“创造出受生物学启发的方法来预测个体对大脑刺激的反应很重要。”“有吸引力的想法是，我们可以研究每个人大脑网络中的复杂活动。然后，我们可以定义与实际性能密切相关的相对简单的度量。模拟复杂过程和做出简单预测之间的平衡是推动大脑刺激研究向前发展的必要条件。”

 

“创建士兵的军队已经挑战系统在大规模成千上万的世界各地的军事保护我们的平民,“作者吉恩·维特尔说,博士,陆军研究实验室的高级科学领导谁也隶属于宾夕法尼亚大学和加州大学圣芭芭拉分校”,这意味着系统必须为跨士兵最一般的技能而设计的。在这项工作中， 杏耀 ，ARL研究努力寻找新的方法来有效地量化士兵之间的差异，使个性化系统的开发能够充分利用每个士兵的独特专长。”

 

在医学治疗和任务表现方面，理解个体的大脑——而不是一般意义上的人类大脑——可能会有好处，作者说。这是因为大脑结构和功能的变化可能会影响器官对神经刺激的反应， 杏耀平台经营之道 ，导致不同的人得到不同的结果。

 

Danielle Bassett, Eduardo D. Glandt教授，宾夕法尼亚大学生物工程、电气和系统工程副教授，对这项研究做出了贡献。她还隶属于宾夕法尼亚大学神经内科、物理和天文学系。