物理与材料科学学院

爱因斯坦大脑胼胝体研究新发现

物理系上海市磁共振重点实验室博士生门卫伟、副教授范明霞课题组最新研究成果
发布日期: 2013-10-16   作者:  浏览次数: 65

9月24日,以我校物理系无线电物理专业博士研究生门卫伟为第一作者、范明霞为通讯作者的论文“The corpus callosum of Albert Einstein’s brain: another clue to his high intelligence?”发表在神经科学领域权威期刊BRAIN(IF:9.915)杂志上。论文从爱因斯坦大脑胼胝体的角度出发揭示了其与常人不同之处。

门卫伟正在查看正常人胼胝体(磁共振成像)

  胼胝体是哺乳动物大脑中连接左右大脑半球最大的横向神经纤维束,左右大脑半球间联系越密切则通过胼胝体的神经纤维束也越多。门卫伟在调研了大量  文献的基础上,用了近一年的时间开发了一套系统分析大脑胼胝体厚度的数据处理软件,打破了国外研究小组在这一领域的技术垄断,并成功使用该软件对爱因斯坦  大脑的胼胝体进行了研究。

该研究对2012年最新公布的爱因斯坦大脑图片及两组不同年龄段的正常健康志愿者大脑磁共振图像数据进行了对比分析。研究发现爱因斯坦大脑胼胝体整体显著厚于同年龄段的正常对照组,说明爱因斯坦在其去世时大脑非常健康,大脑萎缩不明显。

  为 了找出其大脑胼胝体的特异性,该研究又对52名青年高加索人(白种人)健康志愿者的大脑磁共振图像进行了分析,该组人群平均年龄26岁与爱因斯坦1905 年发表四篇重要研究论文(光电效应、布朗运动、狭义相对论和质能方程)时  的年龄相同,结果发现爱因斯坦大脑胼胝体在嘴部、膝部、体部、峡部和压部均显著厚于青年对照组。考虑到人类的正常衰老大脑会萎缩以及大脑标本会缩水等因  素,爱因斯坦在其年轻时大脑胼胝体应该比其脑标本更大更厚,因此可以推断爱因斯坦在其年轻时大脑胼胝体在以上部位应该比青年对照组更厚,范围也应该更大。

研究使用的爱因斯坦大脑图片

  上图为爱因斯坦与青年对照组的胼胝体厚度差异图,红黄色部分表示爱因斯坦胼胝体厚于青年组,蓝色部分表示青年组胼胝体厚于爱因斯坦,下图是有统计学差异的区域(FDR 校正)

  以 上结果的发现可以部分揭示爱因斯坦大脑超凡的智力。通过胼胝体嘴部和膝部的神经纤维束主要连接左右大脑半球的前额叶和眶额皮层,这些脑区主要  涉及计划、推理、决策、执行功能等高级认识活动,这一结果与前人研究发现的爱因斯坦大脑前额叶相对扩张是一致的,这为爱因斯坦超凡的智力和非凡的思想实验   提供了解剖学基础。通过胼胝体体后部和峡部的神经纤维束主要连接左右大脑半球的运动感觉皮层区,这一差异主要与其从小练习小提琴有关(双手更加灵活)。前   人研究显示爱因斯坦大脑右半球与左手对应的脑区呈现一个增大的“Ω”形状,这一特征在弦乐或键盘音乐家大脑上均有发现。通过胼胝体峡部和压部的神经纤维束   主要连接左右大脑半球的顶上、顶下小叶以及视觉皮层区。顶上小叶主要涉及空间注意、空间想象、心算和数字记忆等;顶下小叶主要与数学运算、空间知觉及视动   整合有关;视觉皮层区主要与视觉信息处理和闭眼时的想象有关。这些结果与之前发现的爱因斯坦大脑顶叶比常人宽15%、大脑顶内沟结构比常人复杂以及左侧顶   下小叶胶质细胞与神经细胞比值显著大于正常人等发现相一致。该研究结果揭示了爱因斯坦超凡的认知能力不仅与其独一无二的皮层结构和组织学有关,同时还与其  增强的大脑半球间的联系相关,从而部分地揭示了爱因斯坦大脑的秘密。

美国佛罗里达大学人类学家Dean Falk教授正在展示爱因斯坦大脑图片

门卫伟与导师范明霞副教授(左)

  该研究工作得到了美国佛罗里达大学人类学家Dean Falk教授(http://deanfalk.com/)的鼎力相助, Falk教授对爱因斯坦大脑有深入研究,曾发表过两篇关于爱因斯坦大脑的研究论文,该研究中爱因斯坦大脑图片即来自于其2012年发表在BRAIN上的论文。

  该研究中所开发的胼胝体分析软件可广泛应用于脑科学研究,不仅可以分析不同人群间的胼胝体形态与厚度分布还可以通过磁共振弥散张量成像(DTI)技术进一步分析胼胝体内部神经纤维束的微观属性。


附:

美国佛罗里达大学相关报道

http://news.fsu.edu/More-FSU-News/Well-connected-hemispheres-of-Einstein-s-brain-may-have-sparked-brilliance

英国《每日电讯报》The Telegraph:

www.telegraph.co.uk/science/science-news/10358973/Einsteins-genius-may-be-due-to-a-well-connected-brain.html

英国《泰晤士报》The Times:

www.thetimes.co.uk/tto/science/article3888466.ece

美国《科学快报》ScienceShot:

http://news.sciencemag.org/brain-behavior/2013/10/scienceshot-einsteins-secret-well-connected-brain