据物理学家组织网近日报道，美国卡内基梅隆大学认知脑成像中心（CCBI）的科学家首次采用了一种新的组合神经成像方法，能够确切发现人类大脑是如何适应损伤的。发表在《大脑皮质》杂志上的相关研究报告显示，当一个大脑区域的功能丧失时，备用的次要大脑区域就会立即活化起来，取代不能工作的大脑区域以及它的“同盟者”。
CCBI主任马赛尔·贾斯特表示，人类大脑的一种特殊能力就是适应多种类型的损伤，如创伤性脑损伤和中风等，使得人们的大脑能在关键的脑区域受伤后，继续维持工作。而这也提示了人类如何能通过训练自己的大脑，使其变得更易于恢复。秘密就在于开发替代性的思维模式，令自己的大脑成为全能选手，以备不时之需。
研究人员借助功能性磁共振成像（fMRI）技术，研究了16个健康成人的大脑将如何适应暂时性的韦尼克区失效，该区域是大脑涉及语言理解的关键区域。他们在fMRI扫描的中间区域应用了经颅磁刺激（TMS）方法，来短暂中断受试者韦尼克区的正常工作。在进行磁共振成像扫描时，科学家会分别在TMS实施之前、之中和之后对受试者进行有关句子理解的测试。
研究团队在刺激韦尼克区后即刻测量了大脑的活动变化。结果显示，随着TMS的应用，韦尼克区的大脑活动明显减弱，但作为“后备”的次要大脑区域却被立即激活，并相互协调，支持个人的思考过程继续，而不会影响大脑对于句子理解的表现。这些“后备”区域包括对侧区域、紧邻受损区域的大脑区域和正面的执行区域。前两种备用区域具有与受损的韦尼克区相似的大脑功能，但在效能上要差得多；而第三种区域则发挥了战略性的作用。
此外，由于思考本身就是一个联网的功能，因此当网络中的一点受到损害时，邻近的其他区域也会随之受损。“人们在思考时会涉及多个脑部区域，而非单独一个大脑区域。”贾斯特说。在停止实施TMS后，大脑受伤区域及其附近区域会逐渐恢复至其最初的活动水平，而“后备”区域也将继续工作，这就意味着，在一段时间内，会有两个皮质小组同时作业，这也就解释了为何有时TMS反而能提升大脑的效能。
doi: 10.1093/cercor/bhs423
PMC:
PMID:
Neurocognitive Brain Response to Transient Impairment of Wernicke's Area
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.
