?腦模塊化

人腦是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，一般將大腦劃分為不同的區(qū)域（即節(jié)點(diǎn)），并使用某種方法表征大腦區(qū)域之間的關(guān)系（即連接的邊）來構(gòu)建人腦網(wǎng)絡(luò)。在功能磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)模型中，每條邊代表兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的功能連接強(qiáng)度，即fMRI活動(dòng)水平的時(shí)間相關(guān)性。該網(wǎng)絡(luò)模型可用于研究大腦全局和局部的連接模式。大腦網(wǎng)絡(luò)包含不同的模塊，這些模塊是由一組內(nèi)部緊密相連但與其他節(jié)點(diǎn)連接較弱的腦區(qū)組成的。我們把網(wǎng)絡(luò)的這種特性稱為模塊化。

連接

結(jié)構(gòu)連接

指的是大腦神經(jīng)元或腦區(qū)之間解剖學(xué)上的連接，具體來說，如神經(jīng)元之間軸突或突觸連接，皮層和皮層下核團(tuán)之間的神經(jīng)纖維束連接等。

功能連接

是利用不同腦區(qū)記錄得到的信號(hào)（如磁共振BOLD信號(hào)，EEG、MEG信號(hào)等），計(jì)算得出反映不同腦區(qū)關(guān)系強(qiáng)弱的某種指標(biāo)。最簡單的關(guān)系指標(biāo)應(yīng)該就是皮爾森相關(guān)系數(shù)，當(dāng)然，除了皮爾森相關(guān)系數(shù)，還有很多其他的更為復(fù)雜的指標(biāo)。

有效連接

指的是一種因果影響，具有方向性，比如說，A神經(jīng)元或腦區(qū)與B神經(jīng)元或腦區(qū)之間存在解剖學(xué)連接，但是只能由A神經(jīng)元或腦區(qū)向B神經(jīng)元或腦區(qū)發(fā)送指令，這種連接就具有方向性，屬于有效連接。

神經(jīng)元集群

單個(gè)神經(jīng)元的運(yùn)算能力是有限的，為了更加方便對(duì)復(fù)雜信息的處理，結(jié)構(gòu)功能相似的神經(jīng)元會(huì)組成相應(yīng)的模塊，使得信息處理的效率大大增加。

神經(jīng)元在腦中是以模塊方式發(fā)揮功能的，這些模塊的常見形式是皮質(zhì)柱（Cortical Column）。雖然皮質(zhì)柱是多層結(jié)構(gòu)，含有不同種類的細(xì)胞，但我們可以將其中生物物理功能相似的神經(jīng)元組隊(duì)，以構(gòu)成一個(gè)神經(jīng)元集群。

模塊化最重要的?項(xiàng)優(yōu)勢(shì)也許是在不斷變化的環(huán)境中，模塊化?腦能 夠更快地適應(yīng)或進(jìn)化，因?yàn)樗軌蛟谄渌K不變的情況下改變或復(fù)制某 ?個(gè)模塊，從??須改變那些已經(jīng)充分適應(yīng)環(huán)境的模塊。這樣?來，系統(tǒng) 中某?區(qū)域的進(jìn)化就不會(huì)影響其他功能正常的區(qū)域。

穩(wěn)健性

【系統(tǒng)】的某個(gè)【屬性】如果在 【?組擾動(dòng)】下保持【不變】，則稱該屬性具有穩(wěn)健性。

大腦的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)等功能編織出人和動(dòng)物多種多樣的行為。其中一種很重要的功能便是短時(shí)記憶，它將過去，現(xiàn)在和將來的那些瞬間連于一體形成連貫的行為。例如別人告訴你名字或電話號(hào)碼，你能馬上記住一會(huì)兒并存入你的手機(jī)通訊錄。過去的研究發(fā)現(xiàn)大腦中持續(xù)性的神經(jīng)電活動(dòng)與短時(shí)記憶功能有密切的聯(lián)系，被認(rèn)為是支撐短時(shí)記憶的神經(jīng)活動(dòng)基礎(chǔ)。這種持續(xù)性電活動(dòng)存在于許多不同的大腦區(qū)域之中，一般認(rèn)為多腦區(qū)的相互協(xié)作維持了持續(xù)性電活動(dòng)及短時(shí)記憶【1，2】。同時(shí)，人們也相信多腦區(qū)協(xié)作可以更好的對(duì)抗內(nèi)外環(huán)境的噪音擾動(dòng)，因?yàn)槠渌X區(qū)冗余的信息可以補(bǔ)償或補(bǔ)救被干擾腦區(qū)的信息。但這種協(xié)作補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)前提是不同腦區(qū)之間在局部受到擾動(dòng)時(shí)需要保持較高的獨(dú)立性（模塊性，modularity），以防被擾動(dòng)腦區(qū)的破壞性信息擴(kuò)散到其他未被擾動(dòng)的腦區(qū)從而失去得到補(bǔ)償?shù)臋C(jī)會(huì)。然而，大腦中不同腦區(qū)在結(jié)構(gòu)上是高度連接在一起的，因而給了破壞性信息擴(kuò)散的機(jī)會(huì)。

脆弱性

修剪過度的情況時(shí)有發(fā)?。越來 越多證據(jù)表明，發(fā)育時(shí)期的修剪錯(cuò)誤是孤獨(dú)癥10和精神分裂癥的起因11。 “穩(wěn)健?又脆弱”?處不在，當(dāng)你在理解?腦組織原理時(shí)，也必須牢記這? 核?概念。

層級(jí)化

?些模塊存在層級(jí)化結(jié)構(gòu)，也就是模塊本?由亞模塊組成，亞模塊又 由亞-亞模塊構(gòu)成。

在“層級(jí)”結(jié)構(gòu)中，加?是同步進(jìn)?的（“并?”）。

在層級(jí)化系統(tǒng)中，各個(gè)層級(jí)之所以能獨(dú)?運(yùn)?，是因?yàn)槊總€(gè)層級(jí)都擁 有各?的?作協(xié)議。

層級(jí)產(chǎn)?的信息可以上傳也可以下傳。這?有?個(gè) 隱藏條件：?旦層級(jí)系統(tǒng)建?，信息就?法跨層級(jí)傳播。

層級(jí)化復(fù)雜系統(tǒng)的弱點(diǎn)是?作協(xié)議故障。

為什么不能徹底解決系統(tǒng)中的故障？有?種策略能在此扭轉(zhuǎn)局?，那就是為系統(tǒng)引?冗余性。

在?腦的?化層級(jí)，有很多蛋?質(zhì)在信號(hào)通路和反饋回路中負(fù)責(zé)多個(gè)環(huán)節(jié)，從?可以 在多個(gè)層級(jí)參與對(duì)系統(tǒng)的調(diào)控。

其他可能還包括?些負(fù)責(zé)約束分?內(nèi)部及分?間交互的層級(jí)。

負(fù)責(zé)產(chǎn)?動(dòng)態(tài)交互即負(fù)責(zé)產(chǎn)?變化或進(jìn)展的層級(jí)。以及負(fù)責(zé)通過反饋調(diào)整 系統(tǒng)響應(yīng)的控制層級(jí)。