一个多世纪以来，研究人员一直认为，定义人们经历、希望和梦想的大脑活动模式是由大脑不同区域通过数万亿个细胞连接的复杂网络相互沟通决定的。人们长期以来都认为特定的思想或感觉会引发大脑特定部位的活动，但其实，结构化的活动模式几乎在整个大脑中被激发，就像音乐音符是由小提琴弦沿整个长度振动产生的，而不仅仅是一个独立的片段。

2023年5月31日，莫纳什大学的James C. Pang博士、Alex Fornito教授及其研究团队在Nature（IF=69.504）上发表了题为“Geometric constraints on human brain function”的文章，该研究评估了超过10,000个不同的人类大脑活动图谱，发现一个人大脑的整体形状对我们的思考、感觉和行为的影响远大于其错综复杂的神经元连接。研究人员通过汇集物理学、神经科学和心理学的方法，颠覆了强调复杂大脑连接重要性的百年范式，揭示了大脑形状和活动之间以前未被认识到的关系。

研究团队通过使用磁共振成像（MRI）研究本征模，这是一种系统中振动或激发的自然模式，其中系统的不同部分都以相同的频率激发。本征模通常用于研究物理和工程领域的物理系统，最近才被用于研究大脑。这项工作主要集中在研究如何有效地构建大脑的本征模。

研究人员表示：“就像小提琴弦的共振频率是由其长度、密度和张力决定的一样，大脑的本征模是由其结构性（物理、几何和解剖）特性决定的，但哪些特定属性最重要一直是个谜。”

研究人员通过比较从大脑形状模型得到的本征模与从大脑连接模型得到的本征模来解释不同活动模式方面的表现。

研究结果显示，由大脑几何形状（轮廓和曲率）定义的本征模代表了对大脑功能最强烈的解剖学约束。通过数学模型，研究证实了几何形状与功能之间紧密联系是由波动活动在整个大脑中传播驱动的，就像池塘的形状影响落石形成的波纹一样。

几何形状预测非新皮质的功能

通过该研究可以发现，直接从大脑形状预测大脑功能，为探索大脑如何影响行为个体差异和精神病学及神经病学疾病风险开辟了新途径。尽管这个结果反驳了传统观念，即不同任务期间的活动通常被认为发生在局部、孤立的活动增强区域，并告诉人们，传统的大脑绘图方法在理解大脑如何工作方面可能只展示了冰山一角。

研究结果表明，其发现都具有重要意义，因为其极大地简化了研究大脑功能、发育和衰老的方式。该项研究为研究人员理解像痴呆和中风这样的疾病的影响提供了机会，通过考虑大脑形状的模型，比处理大脑全部连接的模型要容易得多。

主要作者

Alex Fornito

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