通过庞大的神经纤维网络，电信号不断地在大脑中传播。 这种复杂的活动最终导致了我们的思想、情感和行为？ 但也可能导致心理健康和神经系统问题当事情出错时。
脑刺激是一种新兴治疗方法对于此类疾病。 用电或磁脉冲刺激大脑的某个区域将通过神经连接网络触发一系列信号。
然而，目前科学家们还不太确定这些级联如何影响整个大脑的活动？ 这是限制大脑刺激疗法益处的重要缺失部分。
在我们最新的研究中，出版于神经元，我们发现可以使用网络数学来预测大脑刺激的传播。
追踪大脑中的电信号
研究人脑的交流是很困难的。 这是因为电信号在大脑的一个部分和另一个部分之间移动得非常快，达到千分之一秒。
更复杂的是，信号是通过极其复杂的神经纤维网络进行通信的，这些神经纤维网络将所有大脑区域连接起来。 这些问题使得科学家甚至很难观察穿过大脑的信号。
然而，在非常特殊和受控的情况下，我们可以使用侵入性电极来精确跟踪大脑信号的传播。 侵入式电极是通过手术插入患者同意的大脑中的仪器。
需要强调的是，这种侵入性手术只能在非常特殊的情况下进行，即主要目标是帮助患者。 在我们的案例中，患者是患有严重癫痫的人。 当癫痫患者对药物没有反应时，他们可以选择使用电极来帮助医生更多地了解他们大脑中可能发生的情况。
我们的研究基于550名癫痫患者志愿者组成的庞大团体遍布北美、亚洲和欧洲的 20 多家医院。
电极提供了一种用电脉冲轻轻刺激大脑区域的方法，同时记录患者的大脑活动。 我们使用来自放置在大脑不同位置的电极的数据来跟踪电脉冲从一个区域到另一个区域的通信。
作为我们研究的最后一个成分，我们使用了扫描重建人脑神经纤维网络，称为连接体。 这为我们提供了一个物理线路模型，电信号通过该物理线路在大脑中进行通信。
网络通信数学
那么，信号是如何通过连接组的复杂接线进行通信的呢？
一种简单的可能性是信号通过连接组中最直接的路径传播。 用网络术语来说，这意味着电脉冲通过中间区域的最短路径从一个区域到达另一个区域。
另一个想法是信号通过网络扩散。 要理解这一点，请考虑水如何沿着管道网络流动。
每次水到达网络中的交汇处时，水流就会沿着不同的路径分流。 水流沿途的交汇点越多，意味着分叉越多，任何给定路径上的水流都会变弱。
然而，如果一些分叉路径在下游再次相遇，则水流强度再次增加。 在这个类比中，网络中的所有连接（管道）都有助于塑造信号（水）流，而不仅仅是沿最直接路径的连接。
我们发现了什么
这两种类型的网络通信？ 最短路径与扩散流？ 是两个相互竞争的假设解释大脑刺激后电信号如何通过连接组的布线级联。 如今，科学家们不确定哪种假设最符合大脑中发生的情况。
我们的研究是第一个尝试解决这一争论的研究。 为此，我们询问最短路径或扩散是否能最好地预测通过患者大脑中的电极测量的电信号传播。
分析数据后，我们发现了支持扩散流假说的证据。 这意味着有更多的神经连接？ 与仅沿着最短路径行驶的人相比？ 塑造大脑刺激如何沿着连接体级联。
这对科学家来说是重要的信息，因为它可以帮助我们了解神经连接的物理接线如何影响大脑活动和功能。
下一步是什么？
我们的研究是此类研究中的第一个，需要做更多的工作来证实我们的发现。 我们希望我们对大脑通讯理解的进展也能帮助临床科学家设计更好的大脑刺激疗法对于心理健康问题。
大脑刺激可以帮助“恢复”大脑区域之间出现故障的沟通。 例如，非侵入性刺激（在颅骨外进行，无需手术）是一种澳大利亚可治疗重度抑郁症。
在我们未来的研究中，我们将调查此处报告的发现是否可用于提高此类脑刺激治疗的治疗效果。
