圖說：尺寸較大的大腦在信息整合腦皮層區域的生長上相對尺寸較小的大腦更快，但該大腦皮層區域的增長要以低階情緒、感覺和運動區域增長的減慢作為代價。
研究發現，有些人的大腦幾乎是其他人的兩倍。那到底是什麼原因導致這一現象的呢?美國國家精神健康研究所(NIMH)的研究人員Armin Raznahan、NIH牛津-劍橋學者計劃的學生Paul Reardon、Jakob Seidlitz以及超過6個聯合研究機構的研究人員發現，這些大腦在大小上的差異與其形狀和組織的方式密切相關。大腦越大，則大腦皮層或外部的思維區域在其額外增長的大腦中所佔的比例就越大，但該區域的增長以低階情緒、感覺和運動區域緩慢增長為代價。研究人員將含了3000多人的大腦掃描數據的研究5月31日發表在科學雜誌上。
這一發現反映了在進化和個體發展中大腦的變化模式。在這種模式下，大腦中高級區域呈現出了最大的擴張程度。同時，研究人員還發現大腦擴張得越快，神經元之間的連接性就越強，能量消耗也會越高。
“就像花園需要不同的組成部分才能將其面積擴大到一座大廈的大小一樣，似乎尺寸較大的靈長類動物的大腦也必須建立在不同的組成比例上。”NIMH校內研究項目(IRP)的醫學博士Armin Raznahan解釋。“更大尺寸的大腦必然要對其整合信息的部分進行額外投資，但這並不意味著擁有更大的大腦就會更好。我們的發現更進一步地說明了尺寸大的大腦和尺寸小的大腦不同的組織需求。”
為了查明人類大腦組織變化方式與其尺寸的關係，研究人員分析了費城青年群體的大腦神經發育的核磁共振成像、NIMH IRP樣本、和人類連接體項目。
Raznahan解釋，位於神經網絡層級頂端的大腦皮層區域在尺寸較大的大腦中表現出來的擴張程度更大，且這一擴張區域在功能上、微觀上和分子上都具有整合來自低級神經系統的信息的能力。這一主題貫穿進化、發展和個體間的變異，所以這似乎成了一個根深蒂固的生物學特徵。
當然，並非所有的大腦皮層區域都是生來平等的。尺寸擴張迅速的地區似乎需要更高的生物成本。額外的生物組織需要用生物概念中的“錢”來培育。這些大腦的高級區域在消耗生長資源方面近乎貪婪。他們的耗氧量比大腦低級擴張區域要高且與能量代謝相關的基因表達在這些區域也較高。支持這些高級區域擴張的生物成本是昂貴的，所以除非對這些區域的生物投資能得到相應回報，否則大腦不會在這上面花費太多資源。
由於某些精神障礙患者的大腦尺寸與遺傳影響有關，新的大腦皮層圖譜可能有助於我們改善對紊亂的大腦組織的理解。大腦擴張程度越高的區域也與不同的神經發育障礙有關，新發現可能會為理解遺傳和環境變化如何更多地影響心理功能提供線索。
“我們的研究表明尺寸大的大腦和尺寸小的小大腦之間有一致的組織變化。”Raznahan說。“觀察大腦時需要以不同的方式進行自我配置，這對於理解大腦在健康和疾病狀態中的功能是非常重要的。”
“值得注意的是，我們在三個獨立的大型數據集上看到了同樣的大腦擴張模式。”Seidlitz指出。
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