科学家发现组织大脑活动的螺旋形信号

悉尼大学

多个相互作用的螺旋组织大脑活动流。图片来源：Gong 等人

悉尼大学和复旦大学的科学家们发现，人类大脑信号在神经组织外层传播时，会自然地排列成类似漩涡的螺旋状。

这项研究发表在今天的《自然-人类行为》（Nature Human Behaviour）杂志上，研究表明，这些无处不在的螺旋是大脑皮层在静息和认知状态下观察到的大脑信号，有助于组织大脑活动和认知处理。

该研究的资深作者、理学院物理学院的龚普林副教授说，这一发现有可能从人类大脑的复杂运作中汲取灵感，推动功能强大的计算机器的发展。

这一发现为了解大脑如何工作开辟了新的途径，并为了解人脑的基本功能提供了宝贵的见解。它可以帮助医学研究人员通过研究它们所起的作用，了解痴呆症等脑部疾病的影响。

"物理系复杂系统研究小组成员龚副教授说："我们的研究表明，深入了解螺旋与认知处理的关系，可以大大提高我们对大脑动态和功能的理解。

"这些螺旋图案呈现出错综复杂的动态，在大脑表面移动，同时围绕着被称为相位奇点的中心点旋转"。

"就像涡流中的旋涡一样，螺旋也参与了错综复杂的相互作用，在组织大脑的复杂活动中发挥着至关重要的作用"。

"多个共存螺旋之间错综复杂的相互作用，可以让神经计算以分布式并行方式进行，从而带来显著的计算效率"。

这项研究的第一作者、物理学院博士生徐一文（Yiben Xu）说，螺旋在大脑皮层上的位置可以让它们连接大脑不同部分或网络的活动，起到沟通桥梁的作用。许多螺旋足以覆盖多个网络。

大脑皮质又称大脑皮层，是大脑的最外层，负责许多复杂的认知功能，包括感知、记忆、注意力、语言和意识。

"徐说："这些大脑螺旋的一个关键特征是，它们往往出现在分隔大脑不同功能网络的边界。

"通过旋转运动，它们有效地协调了这些网络之间的活动流。

"在我们的研究中，我们观察到这些相互作用的脑螺旋可以在涉及自然语言处理和工作记忆的各种任务中灵活地重新配置大脑活动，它们是通过改变旋转方向来实现这一点的。"

科学家们从100名年轻成年人的功能性磁共振成像（fMRI）脑部扫描中收集了他们的研究结果，他们通过调整用于理解湍流中复杂波浪模式的方法，对这些扫描结果进行了分析。

神经科学历来侧重于神经元之间的相互作用，以了解大脑的功能。现在有越来越多的科学领域正在研究大脑内部更大的过程，以帮助我们了解大脑的奥秘。

"龚副教授说："通过揭开大脑活动的神秘面纱和发现大脑活动的协调机制，我们正逐步接近于释放理解认知和大脑功能的全部潜能。

(责任编辑：泉水)