摘要：人类独有的大脑表面凹槽在很大程度上被解剖学家忽略了，但是最近的研究表明，它们与认知性能有关，包括面部识别和推理能力。一项新的研究表明，这些三级沟的深度也与与推理和高级认知功能相关的大脑区域之间的互连性增加有关。沟可能会降低神经连接的长度，从而提高沟通效率。...

大脑表面上的许多凹槽和酒窝都是人类独有的，但是它们通常被视为将异常大的大脑包装到太微小的头骨中的无趣后果。

但是神经科学家发现，这些褶皱不仅仅是文物，就像将睡袋迫使睡袋陷入困境时所获得的蓬松褶皱。这些凹槽中最小的一些深度似乎与大脑中的互连和更好的推理能力有关。

在5月19日发表的一项研究中神经科学杂志，加州大学伯克利分校的研究人员表明，在儿童和青少年中，某些小凹槽的深度与大脑区域之间的连通性提高有关 - 前额叶皮层和外侧顶端皮层 - 参与推理和其他高级认知功能。

凹槽实际上可能使这些区域在太空中更加紧密，从而缩短了它们之间的连接和加速通信。

研究人员说，这意味着这些小凹槽中的变异性称为第三级沟（发音为Sul'-Sigr），可能有助于解释认知性能的个体差异，并且可以用作推理能力或神经发育障碍的诊断指标或生物标志物。

心理学教授，加州大学伯克利分校的海伦·威尔斯神经科学研究所（HWNI）的成员西尔维亚·邦格（Silvia Bunge）说：“这项研究的动力是看到沟深度与儿童和青少年的推理有关。” “鉴于我们以前的发现，我们以前的博士后同胞苏维·哈基宁（SuviHäkkinen）的目的是测试沟深度是否与推理性能相关，并测试是否在前面前额叶 - 正面网络中协调活动的模式是否可以解释硫深度和推理之间的关系。”

UC Berkeley心理学副教授，神经科学和HWNI成员的Kevin Weiner补充说：“我们对外侧前额叶皮层中的哪种三级硫在功能上与三级沟有明确的预测，并散发出来。” “除了前额叶和顶叶皮层外，假设是沟的形成导致连接的大脑区域之间的距离缩短，这可能会导致神经效率提高，然后又会通过翻译应用改善认知的个体差异。”

Bunge说：“皮质有点随意地挤在大脑中 - 这就是我一直被教导的。” “凯文来了，改变了我对苏尔奇的想法。”

大脑的山丘和山谷

大多数动物（包括哺乳动物）的大脑具有光滑的表面。灵长类动物的山丘和山谷覆盖了他们的大脑皮层。虽然一组灵长类动物，即新世界的猴子称为marmoset的猴子，几乎没有可感知的硫，而人类的猴子被深切地切开，其中60％至70％的皮质埋在这些褶皱中。

人类的皮质折叠模式也随着年龄的增长而变化，在产前发育后期确定其最终结构，同时在老年时变得越来越突出。

“虽然Sulci可能会改变发展，但越来越深，越来越浅或更厚的灰质 - 可能是取决于经验的方式 - 我们对Sulci的特殊配置是一个稳定的个体差异：它们的大小，形状，位置，甚至是一些Sulci，无论是在场还是缺席。”

最小的凹槽（其中许多是独特的人类）被称为第三级沟，因为它们出现在产前发育中，并且从未像大脑表面最明显的主要或原发性沟一样深。

科学家们猜测，在人类大脑的部分地区出现了第三次沟，这些硫在整个演化过程中扩展最大，并且具有旷日持久的发展，并且它们可能与认知方面（推理，决策，计划和自我控制）相关，这些方面在质地的青春期内发展。

但是在这项研究之前，缺乏证据表明三级沟和大脑连通性之间的联系。在过去的几年中，加州大学伯克利分校的研究是少数几年来提供的证据之一。

与认知有关的沟

韦纳（Weiner）和邦格（Bunge）说，作为本科生，他们从未被教过如何定义三级沟。他们经常检查不匹配任何特定个体的普通大脑的扫描。

韦纳（Weiner）注意到这个不匹配是本科生。

“当时，我所知道的是，我有一些皮质弯曲，这些皮质不在我们在实验室中的普通大脑图书馆中。所以我问我的导师萨宾·卡斯特（Sabine Kastner）和查理·格罗斯（Charlie Gross）的问题是：我是否有不同的结构，这些结构不在我们的地图录中，还是缺少这些地图的结构？”他说。 “这使我失望了一个15年的兔子洞，研究了视觉皮层中的一个特定的三级沟。”

这项工作表明，特定的沟（fusiform sulcus）的长度从小至3毫米到任何给定的人的长度为7厘米。此外，沟的时间越长，一个人在处理和认识人的面孔方面就越好。

他说：“约有2％的人患有发育性的普通话，这意味着他们无法感知面孔，而且没有任何脑部损害。” “与我们所说的神经型控制相比，那些人的沟，尤其是在右半球中，较浅。”

Bunge和Weiner在那个兔子洞的基础上，想知道在视觉处理单元之外的大脑其他地区的三级沟，也与认知能力有关。 2018年搬到加州大学伯克利分校后，Weiner开始调查位于额头后面大脑前面的前额叶皮层 - 与Bunge合作，他们想测试该地区的Sulci是否与推理有关。

在2021年的论文中，两者合作定义了前额叶皮层中的所有较小的硫，并创建了一个计算机模型，该模型将第三次化确定为推理能力的最大变化。

韦纳说：“该模型表明，前额叶皮层中有三级沟有助于儿童的推理技能。”

在这项新研究中扩展了这项工作，Weiner，Bunge及其同事们艰苦地分类了位于头骨冠的下方和后面的侧层皮质中的三级沟，并研究了其与侧面前额叶皮质硫的功能联系。在这两项研究中，他们研究了43名参与者，其中20名女性年龄从7岁到18岁。研究人员专注于他们在大脑的每个半球中发现的21个沟中的大脑活性，以及这些之间的功能连接 - 包括第一次是三级硫。

在这些个体中，与推理有关的几个沟的深度更大，与整个前额叶和顶骨沟中的较高网络中心性有关。

经验会影响沟

Bunge指出，深度与推理之间的关联并不能满足所有沟，并且沟深度可能会随经验而变化。

她说：“我们是否认为个人的推理能力是根据其皮质折叠的石头设定的吗？不！。” “认知功能取决于多种解剖和功能功能的变异性，重要的是，我们知道，诸如教育质量之类的经验在塑造个人的认知轨迹方面发挥了强大的作用，即使在成年期也是可延展的。”

韦纳（Weiner）的实验室正在创建一个计算机程序，以帮助研究人员识别人脑中的三级沟。他说，大多数计划仅识别约35个，但是当包括三级沟时，有100多个计划，其中包括他们的实验室一起发现的新的。他们认为Sulci可以用作比较个人之间大脑的地标，因为大脑差异很大。

韦纳说：“在过去的五年中，已经提出了数十张大脑图，但它们不同意皮层相关区域的区域，并且该小组和个人层面之间存在不匹配。” “基于单个沟道形态的网络体系结构避免了这些分歧和不匹配，并有机会从特定于给定个人的局部沟道解剖结构中了解网络级别的见解。”

除了邦格（Bunge）和韦纳（Weiner）外，该论文的其他加州大学伯克利分校的合着者是前博士后苏维·哈基宁（SuviHäkkinen），前研究生Willa Voorhies，前本科生Ethan Willbrand和Jewelia Yao以及前来访的学者Yi-Heng Tsai和Thomas Gagnant。

这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持，通过Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所（R21HD100858）和国家心理健康研究所（R01MH133637）和国家科学基金会（职业奖2042251）的支持。