【腦客中國】賀永：人腦復雜網(wǎng)絡的連接架構(gòu)、形成發(fā)育與受損機制

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非常感謝主持人的介紹，特別要感謝羅躍嘉老師的邀請，非常榮幸能夠有機會在線上和我們很多的朋友一起來交流我們做的一些工作。

關(guān)于人腦的復雜網(wǎng)絡，實際上我們課題組也做了十多年的工作，對將來的發(fā)展方向，即下一步我們要做的事情，希望借腦客中國這一次機會，和各位同道一起來探討一下。下面我主要來匯報一下我們在人腦復雜網(wǎng)絡的三方面工作，分別是是涉及到關(guān)于網(wǎng)絡的連接架構(gòu)、它的形成發(fā)育以及網(wǎng)絡受損的一些相關(guān)情況。

01人腦網(wǎng)絡的三方面

實際上在很多的學科里，不同的領(lǐng)域中，都有一個復雜的系統(tǒng)，比如說人和人之間的關(guān)系組成的社會網(wǎng)絡，每天都要使用的Internet網(wǎng)絡，還有交通網(wǎng)絡。最近大家都知道的新冠病毒傳染網(wǎng)絡，也是非常重要的流行病學網(wǎng)絡。

雖然在很多領(lǐng)域里都有復雜的網(wǎng)絡，但這些網(wǎng)絡是存在非常多的共性現(xiàn)象，或者說是大自然界一些相通的物理規(guī)則。實際上我們可以去探索不同類型的網(wǎng)絡連接規(guī)則，這些不同的網(wǎng)絡里面的節(jié)點是怎么聯(lián)系起來的，是不是在一些節(jié)點的聯(lián)系非常多、非常重要，我們稱之為樞紐節(jié)點，它對于整個網(wǎng)絡起著非常至關(guān)重要的作用。

網(wǎng)絡的連接架構(gòu)直接決定著網(wǎng)絡行使的功能，比如說現(xiàn)在的新冠病毒網(wǎng)絡，通過一些在物理上非常重要的樞紐，比如說像某些機場一樣，短時間就讓新冠傳染開來。所以理解網(wǎng)絡的架構(gòu)是非常重要的。

第二點就是不同類型的網(wǎng)絡它都有一個形成、發(fā)展的過程，這些網(wǎng)絡不是一下就有的，它是一個慢慢建構(gòu)的過程，這個建構(gòu)過程作為一個物理系統(tǒng)，也服從著一些規(guī)則，由此我們可以理解這些網(wǎng)絡是怎么形成的。

第三方面是網(wǎng)絡會受到很多的攻擊，比如說某些節(jié)點受到了損害，信息就無法傳輸了，這個網(wǎng)絡的功能也會受到影響。那么有的時候需要修復這樣的節(jié)點、修復這樣的連線，所以很多不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡有許多相似的知識。

02人腦網(wǎng)絡的復雜性

實際上我們?nèi)四X可以講是世界上最復雜的一個系統(tǒng)，雖然我們大腦看起來很小，但是長期的進化過程中，我們腦內(nèi)是有非常多的腦單元，它存在許多復雜的聯(lián)系，讓我們有了人類的智能。研究腦網(wǎng)絡內(nèi)部的連接規(guī)則及機制，實際上是現(xiàn)在神經(jīng)科學里邊非常重要的一個方向，很多的研究者已經(jīng)提出網(wǎng)絡神經(jīng)科學，或者叫引導連接組學。

我們知道人腦網(wǎng)絡的復雜性可以從很多不同的尺度來探索，比如說從微觀尺度，也就是一個節(jié)點可以到那個神經(jīng)元，來探索這種神經(jīng)元是如何組成一個巨大的網(wǎng)絡。目前在生物如線蟲中，我們可以獲得一些數(shù)據(jù)去探索它的三百多個神經(jīng)元之間是怎么聯(lián)系起來。

除了微觀尺度，我們可以再往上一點到達介觀尺度，有很多研究者在猴子、鼠這些對象里，用一些有創(chuàng)的技術(shù)來探索介觀尺度。而更大的一個尺度就是我們?nèi)四X現(xiàn)在處于的宏觀尺度，大部分是采用了一些無創(chuàng)的技術(shù)，比如說磁共振成像、腦電腦、磁代謝等技術(shù)來進行研究。

從微觀、界觀到宏觀，實際上在不同尺度上，我們?nèi)四X網(wǎng)絡表現(xiàn)出很多相似的規(guī)則，而且不同的尺度之間也具有非常復雜的聯(lián)系。在不同的尺度上，實際上都給我們帶來了很多不同的角度去探索人腦網(wǎng)絡的連接模式和機制。

人腦網(wǎng)絡的復雜性不僅是體現(xiàn)在跨尺度，而且還體現(xiàn)了多模態(tài)。有結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡、功能的網(wǎng)絡、電生理的網(wǎng)絡、代謝的網(wǎng)絡、化學作用的網(wǎng)絡等等，這些不同的模態(tài)之間的網(wǎng)絡也具有非常復雜的關(guān)系。所以從這個角度來看，實際上我們?nèi)四X從這個跨尺度、多模態(tài)來看還是非常復雜。

注：上述內(nèi)容在征得袁永老師同意后，在不改變原意的情況下進行的部分文字整理。觀看完整視頻內(nèi)容請掃描下方二維碼或點擊閱讀原文觀看。

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