根据立陶宛考纳斯理工大学（Kaunas University of Technology）的神经科学家 Karolina Armonaitė 博士的说法，更精确地了解大脑皮层在睡眠期间不同区域发生的变化，有助于更准确地诊断睡眠障碍和神经系统疾病。“我们在睡眠时，大脑正在进行复杂的过程，”她说。
她解释道：“例如，精神分裂症的特征是不同区域之间的同步被破坏，而阿尔茨海默病通常始于大脑皮层某个区域的细微功能变化，甚至在症状显现之前。”她强调了区分大脑皮层功能区域的研究的重要性。
对大脑皮层分区的研究是 Armonaitė 博士在意大利 Uninettuno 大学攻读博士学位期间的研究课题。她的研究成果现已发表在期刊 Physica D: Nonlinear Phenomena 上。
“大脑皮层并不是均质的，不同的区域在人清醒、睡眠或处于这些状态之间的过渡阶段时表现也不同。我的研究旨在确定我们是否可以仅凭其电活动来识别这些皮层区域，不仅在没有外部刺激的情况下，而且在睡眠的不同阶段也是如此，”这位来自 KTU 数学与自然科学学院的研究人员解释道。
她表示，即使在休息状态下，对大脑运作方式的深入了解对于神经系统和睡眠障碍的诊断和预防都很重要。
大脑皮层绘图：连接科学与临床实践的桥梁
对大脑皮层分区的研究可以追溯到20世纪初，当时德国神经科学家 Korbinian Brodmann 定义了52个不同的人类大脑皮层区域，这些区域被称为 Brodmann 区。这一大脑皮层图谱至今仍广泛应用于临床实践和神经科学研究中。
Armonaitė 博士指出，区分大脑皮层与其他脑结构可以将特定区域与特定功能联系起来，例如视觉、语言、运动技能或长期记忆存储。了解哪些区域负责某些行为或感官功能有助于更好地理解不同的神经系统疾病如何影响这些功能。
“例如，帕金森病通常与大脑深层结构黑质（substantia nigra）的退化有关，该结构负责控制运动。该区域的损伤会导致疾病典型症状，如震颤或动作迟缓，”她说。
她解释说，准确定位受影响的大脑区域可以规划有针对性的干预措施，例如神经刺激，这种方法已被成功用于减轻疾病症状。
“另一个例子是癫痫灶的定位。知道大脑的哪个区域导致癫痫发作及其功能，可以让医生更精确地计划移除病灶区域的手术，并评估手术后可能的风险和对患者的影响，”Armonaitė 博士补充道。
她还指出，区分大脑区域对于建立脑活动模型、研究精神疾病对不同脑区域的影响，或理解特定病变为何导致某些症状也很重要。“此外，脑机接口也依赖于对神经活动的精确定位。”
独特的计算方法被发现
该研究分析了来自55名患者的颅内脑电图（sEEG）记录。“这些信号是直接从大脑中采集的，而不是头皮。这种数据极其罕见，因为它仅在患者接受神经外科手术时才会收集，通常是针对药物难治性癫痫，”Armonaitė 博士解释道。
为了了解不同皮层区域是否以不同方式传递信息及其原因，她首先分析了定义最清晰的区域——感觉、运动和听觉区域的神经生理信号，因为这些区域的功能已被广泛研究。
“我们经常听到关于神经退行性疾病的讨论，以及寻找其生物标志物以实现早期诊断的努力。但最让我感兴趣的问题是：健康的大脑是如何运作的？我们能否在休息状态下检测到它的活动标志？毕竟，即使在没有外部刺激的情况下，大脑仍然活跃。这不仅仅是随机的噪音，而是神经元之间传递的电信号中包含了大量的编码信息，”Armonaitė 博士说。
研究发现了一些计算方法，据 KTU 的研究人员称，这些方法可以根据不同区域的电活动进一步细化大脑皮层的分区。
“现在，进一步研究也很有趣，例如，基于这些区域的某些特征创建大脑活动模型，并将其应用于检测早期异常，如早期神经退行性过程。此外，在睡眠期间观察到的健康大脑皮层区域的标志也可以与睡眠障碍患者的数据显示进行比较，”Armonaitė 博士说道。
在诊断睡眠和神经退行性疾病方面的临床潜力
尽管这项研究尚未直接应用于临床，但它打开了许多理论上的可能性，KTU 的神经科学家表示。例如，进一步的研究可能导致创建大脑皮层区域的数字模型，即它们的数字孪生体。了解细胞结构、相互作用和电学参数后，可以模拟这些区域对例如电刺激的反应。“这最终有助于开发个性化的神经疗法，”Armonaitė 博士说。
她指出，对静息状态下人脑的研究的一个实际应用可能是诊断睡眠障碍。虽然目前大多数方法都以较为笼统的方式评估睡眠，但对皮层区域活动的详细研究可能有助于更精确地识别大脑中哪些区域功能异常及其原因。
“这很重要，因为睡眠虽然看起来像是一种被动状态，但实际上是一个非常动态的过程，涉及信息的巩固、代谢清理和突触的重组，”研究人员解释道。“睡眠期间神经活动的细微变化也可能预示着神经退行性过程的开始。”
她说：“如果我们知道健康的大脑皮层在不同状态或功能任务中应如何表现，我们就可以寻找偏离正常模式的情况，这有助于我们在疾病表现出明显症状之前就检测到它。除了早期诊断和预防之外，这还将有助于更深入地理解疾病的机制本身。”
更多信息： Karolina Armonaite 等，《局部皮层神经动力学的幂律行为分析》，Physica D: Nonlinear Phenomena（2025年）。DOI: 10.1016/j.physd.2025.134733
由 Kaunas University of Technology 提供
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