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“軀體感覺-認(rèn)知活動網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)現(xiàn)，有助于解釋許多身心問題，增進對運動障礙和精神障礙的理解。

左：彭菲爾德大腦運動皮層拓?fù)涞匦螆D（1948）；右：戈登等人發(fā)現(xiàn)的“身心界面”（圖上三個提線木偶的區(qū)域）。論文截圖

當(dāng)危險或壓力來臨時，你會感到心跳加快、出汗、身體緊張，甚至“胃里像有蝴蝶在飛”。這些反應(yīng)要早于你展開任何行動，你想過這是為什么嗎？

通過現(xiàn)代大腦成像技術(shù)，來自美國圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了大腦運動皮層中的“身心界面”，它分布在早先發(fā)現(xiàn)的控制身體不同位置精確運動的區(qū)域之間，不僅參與運動規(guī)劃，還和血壓、心跳等生理反應(yīng)有著很強的功能連接。

相關(guān)論文于當(dāng)?shù)貢r間4月19日發(fā)表于《自然》（Nature）雜志。這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋許多令人費解的現(xiàn)象。例如，為什么焦慮的人會想要來回踱步，為什么經(jīng)常鍛煉的人態(tài)度更積極，為什么冥想可以同時平靜身體和心靈。身心密不可分的古老哲學(xué)，如今得到了腦神經(jīng)科學(xué)的有力驗證。

“冥想等做法確實對焦慮的人很有幫助，但此前沒有多少科學(xué)證據(jù)表明，它是如何運作的。但現(xiàn)在我們找到了聯(lián)系，”文章第一作者、圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授埃文·戈登（Evan Gordon）說，“在你的頭腦里，有一個高度活躍和目標(biāo)導(dǎo)向的部分，催促你‘go go go’，它和大腦中控制呼吸和心率的部分相連——如果你讓一個冷靜下來，另一個一定會有反應(yīng)。——我們找到了這個地方。”

這個出人意料的發(fā)現(xiàn)，直接改寫了神經(jīng)科學(xué)教科書。

上世紀(jì)30年代，神經(jīng)外科專家懷爾德·彭菲爾德（Wilder Perfield）通過對接受腦部手術(shù)的患者暴露的大腦施加低水平電流刺激，并記錄他們的反應(yīng)，繪制了大腦運動皮層和軀體感覺皮層的拓?fù)涞匦螆D（Cortical Topography）。它們被漫畫般地呈現(xiàn)為“運動小人”和“感官小人”，大腦控制區(qū)域的排列與其支配的身體部位相對應(yīng)，頭面部在下方，而四肢在上方。

根據(jù)彭菲爾德大腦皮層拓?fù)涞匦螆D中特定區(qū)域面積大小示意，3D模擬的“皮層小人”。他們的雙手和嘴部要寬厚得多，表明腦部結(jié)構(gòu)保證了人們對手指和唇舌的精確控制。資料圖

戈登和他的同事們一開始使用功能性磁共振成像（fMRI）復(fù)制彭菲爾德的工作。他們招募了七名健康的成年人在休息或執(zhí)行任務(wù)（如眨眼、屈膝或吞咽）時進行數(shù)小時的fMRI大腦掃描。利用這個高密度數(shù)據(jù)集，他們?yōu)槊總€參與者構(gòu)建了個性化的大腦地圖。

接著，他們使用三個大型、公開可用的fMRI數(shù)據(jù)集——人類連接組項目、青少年大腦認(rèn)知發(fā)展研究和英國生物庫——驗證了他們的結(jié)果，這些數(shù)據(jù)集包含來自大約5萬人的大腦掃描。

令他們驚訝的是，經(jīng)典的彭菲爾德“大腦地圖”并不準(zhǔn)確。他們發(fā)現(xiàn)，特定效應(yīng)器區(qū)域（effector-specific areas）遵循“同心”結(jié)構(gòu)，而不是線性的對應(yīng)方式。具體來說，在每個腳/手/嘴區(qū)域內(nèi)，最遠(yuǎn)的身體部位（例如腳趾）位于該區(qū)域的中心，周圍是更近端的身體部位（踝-膝-臀部）的同心環(huán)。

更關(guān)鍵的是，在彭菲爾德發(fā)現(xiàn)的三個特定效應(yīng)器區(qū)域之外，還間隔分布著另外三個相互聯(lián)系的區(qū)域，它們似乎根本沒有直接參與運動，而且看上去更薄。進一步的成像實驗表明，它們雖然在運動過程中不活躍，但在人們考慮運動時，確實會變得活躍。

值得注意的是，與特定效應(yīng)器區(qū)域相比，它們和扣帶蓋網(wǎng)絡(luò)（Cingulo-Opercular Network，簡寫為“CON”）聯(lián)系更為緊密，這個網(wǎng)絡(luò)在大腦中負(fù)責(zé)思考、計劃、精神喚醒、疼痛以及控制內(nèi)部器官和功能（如血壓和心率）等，被認(rèn)為與注意力缺陷多動障礙、抑郁癥、焦慮癥、強迫癥等多種精神疾病有關(guān)。

研究團隊將這個新確定的網(wǎng)絡(luò)命名為“軀體感覺-認(rèn)知活動網(wǎng)絡(luò)”（Somato-Cognitive Action Network，簡寫為“SCAN”）。它位于上述同心環(huán)的交點處，而近端身體部位（腹部、眉毛、吞咽）在這個區(qū)域呈現(xiàn)非特異性表達(dá)——當(dāng)這些部位激活時，所有三個SCAN區(qū)域都共同激活，并且與CON相連。

為了了解SCAN是如何發(fā)展和演變的，研究者掃描了一個新生兒、1歲和9歲孩子的大腦，還分析了之前收集的九只猴子的數(shù)據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)，SCAN在新生兒中無法檢測到，但在1歲和9歲兒童中明顯可見。猴子有一個更小、更基本的系統(tǒng)，沒有在人類身上看到的廣泛聯(lián)系?！斑@可能是一個更簡單的系統(tǒng)，將運動與生理相結(jié)合，以免站起來時暈倒。但隨著我們進化成思維和規(guī)劃更復(fù)雜的生物體時，這個系統(tǒng)升級加入了許多非常復(fù)雜的認(rèn)知元素?！备甑钦f。

故事在這里變得更為完整。猴子身上的這個“舊系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)全身/總運動控制，向胃和腎上腺等內(nèi)臟器官投射，以控制生理狀態(tài)，而這個新發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)，進一步控制腹部和眉毛等身體軸向運動，計劃行動，可能調(diào)節(jié)生理并連接到控制網(wǎng)絡(luò)，“這表明一個能夠平衡和預(yù)期性調(diào)節(jié)身體的系統(tǒng)，對整合行動目標(biāo)和生理更為重要?！?

此前，科學(xué)家們一直好奇運動皮層與意識狀態(tài)之間存在的緊密關(guān)系，意識狀態(tài)的變化可以引起運動皮層的神經(jīng)活動的變化。運動皮層也與帕金森病和腦卒中后遺癥等多種運動障礙相關(guān)，因此研究運動皮層的神經(jīng)機制對于理解和治療這些疾病具有重要的意義。在上述論文中，作者也特別提到了帕金森病，因為其諸多癥狀跨越運動、生理和意志領(lǐng)域，可能與SCAN相關(guān)。

（澎湃新聞記者 陳竹沁）