大脑尺寸越大，能量消耗越高 摘要：美国国家精神健康研究所(NIMH)

▲尺寸较大的大脑在信息整合脑皮层区域的生长上相对尺寸较小的大脑更快，但该大脑皮层区域的增长要以低阶情绪、感觉和运动区域增长的减慢作为代价。

研究发现，有些人的大脑几乎是其他人的两倍。那到底是什么原因导致这一现象的呢?美国国家精神健康研究所(NIMH)的研究人员Armin Raznahan、NIH牛津-剑桥学者计划的学生Paul Reardon、Jakob Seidlitz以及超过6个联合研究机构的研究人员发现，这些大脑在大小上的差异与其形状和组织的方式密切相关。大脑越大，则大脑皮层或外部的思维区域在其额外增长的大脑中所占的比例就越大，但该区域的增长以低阶情绪、感觉和运动区域缓慢增长为代价。研究人员将含了3000多人的大脑扫描数据的研究5月31日发表在科学杂志上。

这一发现反映了在进化和个体发展中大脑的变化模式。在这种模式下，大脑中高级区域呈现出了最大的扩张程度。同时，研究人员还发现大脑扩张得越快，神经元之间的连接性就越强，能量消耗也会越高。

“就像花园需要不同的组成部分才能将其面积扩大到一座大厦的大小一样，似乎尺寸较大的灵长类动物的大脑也必须建立在不同的组成比例上。”NIMH校内研究项目(IRP)的医学博士Armin Raznahan解释。“更大尺寸的大脑必然要对其整合信息的部分进行额外投资，但这并不意味着拥有更大的大脑就会更好。我们的发现更进一步地说明了尺寸大的大脑和尺寸小的大脑不同的组织需求。”

为了查明人类大脑组织变化方式与其尺寸的关系，研究人员分析了费城青年群体的大脑神经发育的核磁共振成像、NIMH IRP样本、和人类连接体项目。

Raznahan解释，位于神经网络层级顶端的大脑皮层区域在尺寸较大的大脑中表现出来的扩张程度更大，且这一扩张区域在功能上、微观上和分子上都具有整合来自低级神经系统的信息的能力。这一主题贯穿进化、发展和个体间的变异，所以这似乎成了一个根深蒂固的生物学特征。

当然，并非所有的大脑皮层区域都是生来平等的。尺寸扩张迅速的地区似乎需要更高的生物成本。额外的生物组织需要用生物概念中的“钱”来培育。这些大脑的高级区域在消耗生长资源方面近乎贪婪。他们的耗氧量比大脑低级扩张区域要高且与能量代谢相关的基因表达在这些区域也较高。支持这些高级区域扩张的生物成本是昂贵的，所以除非对这些区域的生物投资能得到相应回报，否则大脑不会在这上面花费太多资源。

由于某些精神障碍患者的大脑尺寸与遗传影响有关，新的大脑皮层图谱可能有助于我们改善对紊乱的大脑组织的理解。大脑扩张程度越高的区域也与不同的神经发育障碍有关，新发现可能会为理解遗传和环境变化如何更多地影响心理功能提供线索。

“我们的研究表明尺寸大的大脑和尺寸小的小大脑之间有一致的组织变化。”Raznahan说。“观察大脑时需要以不同的方式进行自我配置，这对于理解大脑在健康和疾病状态中的功能是非常重要的。”

“值得注意的是，我们在三个独立的大型数据集上看到了同样的大脑扩张模式。”Seidlitz指出。

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  编译：王雨城  编辑：程建兰

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