以上图片是我们的宇宙，不是我们的脑连接结构（也许是宇宙的脑连接，who knows!）。

人脑结构连接网络的研究是神经科学中的一个极其重要的课题。 长久以来， 科学家们致力于从单个神经元到大脑脑区等不同的空间尺度上研究人脑结构的特征， 但由于缺少合适的无创性实验手段，人脑结构连接组的研究进展缓慢。 而对低等动物和哺乳动物大脑结构网络的研究， 却因神经生物实验方法的广泛应用而取得了一些非常重要的成果.1986 年， Brenner 等人首次构建了低等动物线虫的大脑连接组。 线虫脑内包含大约有300 个神经元。由于技术的限制， Brenner 等人构建的线虫脑连接组比较粗糙， 但是他们的工作却使人们第一次在神经元水平上看到了脑连接的全貌。

20 世纪90 年代，科学家们开始应用网络分析的方法研究哺乳动物的皮层网络。 1991 年，Felleman等人通过总结以往基于神经示踪法获得的解剖连接矩阵， 得到了猴子视觉皮层32个区域和305 条轴突连接的有向结构连接网络。 进一步他们发现大多数的连接是相互的， 并且网络的结构具有分层特性， 若干相互分离的通路间是独立的， 仅通过少量的连接使通路间联系起来。 后来的研究发现，他们所提到的通路就是现在广泛被人们所接受的视觉加工的腹侧和背侧通路。1992 年，Young构建了猴子视觉系统的结构连接网络， 并采用非计量多元尺度法分析了由30个区域和301个连接构成的猴子有向加权网络， 发现初级视皮层网络背侧和腹侧团块内部连接密集， 而团块间连接却相对稀疏。 随后， Young又通过类似的方法分析了猫的皮层网络， 构建了由65个皮层区域以及皮层区域之间的1139 条连接形成的加权网络。 分析得到了四个分离的团块， 分别是视觉、听觉、躯体感觉运动区和额叶边缘区， 团块内部存在紧密的连接， 而团块之间连接比较稀疏。 1999 年，Scannell等人采用类似的度量方法分析了猫的有向加权网络， 得出了相似的结论。 2000年，Hilgetag等发现分层网络结构中腹侧团块相比背侧团块有更明显的分离， 节点有更多的传出连接。 2004 年， Sporns 等人研究了猴子视觉皮层、大脑皮层和猫大脑皮层的结构网络拓扑属性，证实了这几种网络都具有“小世界”特性。

虽然动物大脑结构的研究成果已经非常丰富，但对人类大脑结构网络的研究却寥寥无几。 这主要是由于获取动物大脑结构连接的侵入式方法无法用于研究活体人脑， 使得人脑结构连接网络的研究进展极其缓慢。 另一方面， 虽然一些研究者曾试图根据哺乳动物大脑结构网络的实验结果对人脑结构网络的拓扑模式进行推断， 然而， 需要注意的是， 1993 年，Crick 和Jones在Nature 上撰文指出， 由于进化上的差异， 人和动物的脑具有明显的结构和功能上的不同， 用动物的脑连接模式来推断人脑的连接网络是不恰当的。 因此， 如何利用现有技术无创地获取人脑的结构连接成为了构建人脑结构网络的一个难点。

最近， 研究者发现结构磁共振成像和扩散磁共振成像能够获取活体人脑的结构连接信息， 这使得构建活体人脑结构网络成为可能。构建大脑结构网络关键的两步: 一是如何定义网络节点; 二是如何定义网络连接(边)。 其中， 节点的定义依赖于研究的空间尺度。 虽然脑网络可以从微尺度、中间尺度和大尺度3 个水平上进行研究， 但由于人的大脑皮层具有巨大数量的神经元(约1011 个)和神经元集群(约108 个)， 而且它们之间的关系是一个非常复杂的动态过程， 以现有的技术从微尺度和中间尺度来构建大脑网络充满了困难。 而在大尺度水平上， 人脑包含了大约几十个到几百个脑区， 因此目前复杂脑结构网络一般都建立在大尺度范围上，以图像体素或由先验模板划分的脑区定义大脑结构网络的节点， 而网络连接的定义则依赖于不同模态的成像技术。

采用结构磁共振成像可以获得脑的形态学数据， 比如灰质密度、灰质体积以及皮层厚度等，脑结构网络的形态学连接就是根据脑区之间形态学数据的相关性来定义的; 而通过扩散磁共振成像可以检测到不同脑区之间的白质纤维束， 利用白质纤维的连接数目、密度、强度、概率等可以定义大脑的结构连接(即解剖连接)网络。

下面将重点介绍最近几年来基于结构和扩散磁共振成像的人脑结构网络研究的最新进展。

明天见。

感谢/brain.bnu.edu.cn。