Картування людських церемолодях рефразу функцій мозку

Anonim

Мій покійний батько, Річард Бергланд, доктор медицини (1932-2007) опублікував "Тканину розуму" в 1986 році. Для обкладинки книги тато наполягав на сагітальній площині; він любив, як ця перевага висвітлює головні області мозку в так званому "черепному шарі". Багато хто помилково вважає, що наш "мозок" є виключно лівої і правої півкулі церебрального мозку. Тому мій батько завжди прагнув поставити часто- забутий мозочок і функції мозочка - в центрі уваги. Сагітальний погляд дозволяє легко візуалізувати, де "маленький мозок" вписується в більшу структуру, як частину структури цілого мозку.

Оскільки мозочок вже давно був відомий координацією часу та точності рухів рідини м'язів, мені було важливо позиціонувати мозкових функцій мозку як центрального гравця, коли я написав свою першу книгу з оптимізації спортивного настрою та спортивних показників. На щастя, мій батько був тоді на пенсії і мав час, щоб допомогти мені створити оригінальну модель розщеплення мозку, спрямовану на спортсменів. (Докладніше див. "Спліт-мозок: постійно змінювана гіпотеза")

У вступі до Спортивного шляху: "Потіння" та "Біологія блаженства" (2007 рік) я даю тлумачення про генезис цієї моделі розщеплених мозків:

"Я зобов'язаний своїй успішній кар'єрі як витривалість спортсмена до мого розуміння психології та нейрофізіології, але я не вчений. Я спортсмен. Навіть незважаючи на те, що я не мав формальної підготовки в галузі наук, я виріс з неврології, оскільки мій батько є нейрохірургом і нейронауковим дослідником. Коли я народився, неврологія була постійною темою розмови, і обговорення з моїм батьком продовжувались протягом багатьох років. Шлях атлета ґрунтується на гіпотезі про те, що у людини є два мозку: тваринний почуття-і-робити атлетичний мозок називається мозочком (латвійська - "маленьким мозком"), а людський розумовий і мірливий мозок називається головним мозком (лат. "Мозок") Мій батько, і я маю на увазі цю модель мозку як "мозок мозку вгору". Головний мозок - це головний мозок, що базується на її положенні на північ від середини мозку, що знаходиться посередині між двома мозками. Мозочок - це вниз мозок, південна півкуля в черепному шарі, як і було, виходячи з її положення на південь від середини мозку. Прості імена "вниз мозковий мозок" можуть звучати граматично некоректними, але є прямим і достовірним відповіддю на 1970-х роках модель розщеплення мозку "лівий головний мозок правого мозку". Я втілював нові імена на ранніх розмовах з моїм батьком про відмінності між мозком і мозочком, і мені подобається нова термінологія для простоти ".

Розкриваючи розбиття мого рукопису, я попросив дизайнера книг у прес-центрі Святого Мартіна присвятити повну сторінку на карті мозку мозжечка (нижче) з сагітальної точки зору, щоб загальні читачі могли візуалізувати "вгорі вниз" архітектура всього мозку. Ця фракція мозку надійшла від науково-дослідної лабораторії мого батька та в деякій мірі відобразила книгу "Тканини розуму" .

Ця мозкова карта ілюструє найраніші втілення "моделі Берлінд-Спліт-Мозг" та описує різні гіпотетичні ролі, які може відігравати кожна область мозку в межах взаємозв'язаної системи мозочка-церебральна кора. (Від стр. 81 "Шлях атлета: потік і біологія блаженства").

З огляду на ретроспективу моя карта мозку (вище) незручно гіпотетична і незграбна. Але його неточності та узагальнення служать історичною метою як частина часової шкали: причина, з якою я поділяю її з вами, полягає в тому, щоб проілюструвати, чому я так схвильований елегантним дизайном та захоплюючими деталями останніх карток людського мозочка, що створюються Ксав'єром Гуелем в MIT разом з Джеремі Шмахманом у Гарвардській масачусетській загальній лікарні, Катерині Стодлі в Американському університеті та їх колегами.

Тим не менш, перш ніж поринути в неврологічну неврологічну картину останніх мозкових карток, є ще одне оповідання першої особи та домашня карта мозку, яку я хочу поділитися з вами як частину часової шкали, яка ставить свою новаторську роботу в контексті.

Після того, як мій батько помер у 2007 році, я зробив клятву, що я тримаю мої антени для будь-яких нових досліджень на мозжечці, і зроблю все можливе, щоб позбутися від вирішення загадки, яку він поставив, говорячи: "Ми точно не знаємо, що мозок робить. Але, що б вона не робила, вона багато що робить ".

Оскільки я не є частиною академічної спільноти і не належу до наукової спільноти, більшість моїх новітніх уявлень про мозочок базуються на анекдотичному спостереженні та життєвому досвіді, що поєднується з гальмом емпіричних доказів. Одним з цих ключових спостережень було зв'язок між двополюсними руховими заходами та творчим мисленням. Наприклад, Альберт Ейнштейн чудово сказав про E = mc²: "Я думав про це під час катання на моєму велосипеді". Крім того, незліченні письменники та мислителі-візіонетки протягом всієї історії зробили щоденні прогулянки невід'ємною частиною їх творчого процесу. На мій погляд, це завжди здавалося, що мозочок повинен якось бути залучений в феномен моторної активності, що полегшує розбіжність мислення та еврека! моменти.

Як триатлонник, який став письменником після виходу з спортивного змагання середнього віку, я з перших рук знав, що біг, велоспорт, і плавання допомогли мені більш мляво обробити мову. Кожного разу, коли я працював, речення та різноманітні комбінації слів того, що я писав, як черговий чернет цей день здавалося пузиркою в усвідомлене розуміння, як блок-схема. Крім того, кожного разу, коли я перебував у мрійливому стані під час аеробних вправ, я виявив, що підключив точки з виглядом незв'язаних ідей так, як це не відбулося, коли я сидів ще на моєму столі і не займався певною формою середньої важкості фізична активність. (Докладніше див. "Неврологія в уяві".)

Одного разу, ще в 2009 році (з усіма цими ідеями про можливу зв'язок між функціями мозочка та "джерелами фантазії", що плавають навколо в моїй голові), я наткнувся на друзів поета на ім'я Марії на вулиці. Під час нашої розмови про таємничу зв'язок між творчими проривами та двобічними моторними завданнями вона сказала: "Кожного разу, коли я починаю рухати руками та ногами назад і вперед по еліптичному тренеру, з мене виливає поезія". Несподівано, протягом мільярдів Марії вимовляючи ці слова, У мене був " ага!" "Момент і візуалізував карту мозку, яка одночасно показала обох півкуль головного мозку і обидві півкуль мозочка з пташиного зорового погляду, схилили до однієї площини. Отже, я кинувся додому і намалював карту, яку ви бачите нижче, якомога швидше. Хоча це не сагітальний погляд, це дало змогу глядачеві одночасно бачити обидві півкуль головного мозку та обох півкуль мозочка як частину нашої цілісної архітектури. (Для отримання додаткової інформації див. "Цибулини цибулі-цибулини нагадують нам: знати не достатньо".)

Ця топографічна мозкова карта "схеми" церебрального мозочка "ілюструє важливість оптимізації контралатерального функціонального з'єднання між півкуль головного мозку та обома мозжечковими півкуль.

Сутність цілісного мозку вище, надихнула моя досвідчена гіпотеза про те, що думки та ідеї могли б перешкоджати функціональним мережам зв'язку каналів подачі та зворотного зв'язку між усіма чотирма півкуль мозку під час аеробних рухових дій.

Хоча я намалював цю карту в 2009 році, я абсолютно не знав, що в той же час Джеремі Шмахманн та Кетрін Стодлі щойно опублікували те, що виявиться орієнтовним документом "Функціональна топографія в людському церемолочці: мета аналіз нейровизуалізації Дослідження "(2009), який був наслідком 2010 р. У своїй роботі" Докази топографічної організації у церемонополі у керуванні двигуном проти когнітивної та афективної обробки ".

Через лінзу новаторських карт людського мозочка останні місяці були потенційно розбиті на землю. По-перше, найновіший "Довідник з клінічної неврології" (том 154, 3-й серія) включає в себе відображення мозочка від Stoodley і Schmahmann: "Чотирна глава - функціональна топографія людського церемони", яка була опублікована в Інтернеті 11 червня 2018 року.

Автори підсумовують важливість цих карток мозку в реферативному дослідженні: "Накопичені дані свідчать про критичну роль людського мозочка як у моторній, так і в немоторній поведінці. Основним принципом цього нового розуміння функцій мозочка є існування функціональних субрегіонів в мозочці, які диференційно підтримують моторну, когнітивну та афективну поведінку. Існування молекулярної зв'язкової та функціональної топографії забезпечує критичний анатомічний субстрат для ролі мозочка у моторних та немоторних функціях. Він також встановлює основу для інтерпретації шаблонів активації мозочка, когнітивних та поведінкових результатів після пошкодження мозочка, а також структурних та функціональних відмінностей мозочка, про які повідомляють у ряді нейророзвиваючих та нейропсихіатричних розладів ".

Запис фотографії з @MIINDLinkFound на Twitter 10 липня 2018 року: "Новий обсяг мозочка", зроблений колегами Маріо Манто (Бельгія) та Тьєррі Хейсман (Балтімор). Велика лінійка розділів. Дуже добре писати з колишньою посадовою доктором Кетрін Стодлі (американський університет ) на функціональну топографію мозочка. "

Ще однією нещодавньою віхою в термінах відображення мозочків є опублікування доповіді Ксавьєра Гуеля, Джона Габріелі та Джеремі Шмахмана "Триразове представлення мови, робочої пам'яті, обробки соціальних та емоцій в цирюльному кабінеті: збіжкові докази з завдання та насіння" Відповідний аналіз fMRI у стані рест-спостереження в єдиній великій когорті. " Цей документ був оглядовим матеріалом для випуску журналу NeuroImage у травні 2018 року, який наведено нижче.

Автори узагальнюють значення цієї статті в реферативному дослідженні: "Відповідно до попередніх досліджень було два різних представлення моторної активації. Нове виявлення було трьома різними уявленнями для обробки пам'яті, мови, соціальної та емоційної обробки завдань, які були переважно окремі для цих чотирьох когнітивних і афективних областей. У більшості випадків активації на основі завдань та відповідні кореляції мережі спокою були конгруентними у визначенні двох моторних уявлень та трьох немоторних уявлень, що були унікальними для робочої пам'яті, мови, соціального пізнання та емоції ".

Карта мозку мозку мозку, розроблена Ксав'єром Гуелем та її колегами, була представлена ​​на обкладинці NeuroImage в травні 2018 року.

У липні 2018 року в статті MIT News, "Charting the Cerebellum", перший автор Ксав'єра Гюлеля з Інституту мозкових досліджень МакГовверна від MIT, описує найсучаснішу картину моторних та немоторних функцій у мозочці, "Neuroscientists у 40-х і 1950-х роках описано подвійне подання моторної функції в мозочці, що означає, що два регіони в кожній півкулі мозочка беруть участь у керуванні двигуном. Те, що в мозочці є дві області моторного подання, залишається одним з найбільш відомих фактів фізіології макросциркуляції мозочка. Наше дослідження підтверджує інтригуючу ідею про те, що, хоча дві частини мозочка одночасно займаються моторними завданнями, три інші частини мозочка одночасно займаються немоторичними завданнями. Наші попередники створили термін "подвійне моторне представлення", і тепер нам доведеться додати "потрійне немоторне представлення" до словника нейробіології мозочка. "

Гуел взяв участь у ще одному недавньому дослідженні, в якому висвітлено, як порушена функціональна зв'язок між мозочками і головним мозком може бути пов'язана з високими функціональними розладами спектра аутизму. Це дослідження було проведено під керівництвом Шеби Арнольд Антерапер (також Інституту досліджень головного мозку Макговерна в MIT) і опублікував його в Інтернеті напередодні друку 31 липня 2018 року в журналі Brain Connectivity .

Anteraper et al. пояснюючи важливість цього дослідження у висновку статті: "Опис аномалій функціонального з'єднання, про який повідомлялося в даному дослідженні з використанням цілого мозку, дані, що керуються даними, можуть істотно сприяти розвитку біомаркерів АСД, цілей для терапевтичних втручань, а також нервових предиктори для вимірювання реакції лікування ".

Крім того, автори зазначають: "Результати цього дослідження підтверджують підтримку приєднання мозжечка до АДС і, таким чином, пропонують потенційно важливу позицію" Дисметрія думок "як концептуальну основу для подальших досліджень, що вивчають природу симптоматики АСД у психіатрії. Ця теорія стверджує, що моторні, когнітивні та афективні симптоми, що виникають внаслідок аномалій мозочка, є відображенням сингулярної неврологічної дисфункції. На фізіологічному рівні Дисметрія мислення заснована на концепції універсальної трансформації цереорових сухожиль, що припускає, що один єдиний неврологічний процес занурюється в мозолеарну модуляцію рухів, думок і емоцій (Schmahmann, 1991, 1996; Schmahmann, 2010); див. також недавній огляд в Guell et al. (2018а). "

Нарешті, як остання та найостанніша стаття на цю шкалу, 14 серпня 2018 року, команда дослідників з Массачусетського технологічного інституту та Массачусетської загальної лікарні Гарвардської медичної школи (до якої входили Ксавьє Гуел, Джеремі Шмахманн, Джон Габріелі та Сатраджіт Гош) опублікував статтю "Функціональні градієнти церемони: принцип фундаментального руху до думки".

Знову ж таки, Гуел та ін. вказують на значущість їх радикальної нової гіпотези "потрійного немоторного подання": це перше дослідження, присвячене дослідженню прогресивної, ієрархічної організації мозочка. Контрастність із фундаментальною та добре встановленою первинно-унімодально-трансмодально-ієрархічною організацією в корі головного мозку (Mesulam, 1998, 2008), головна вісь мозжечкової моторної та немоторної організації залишається невідомою. Ми вперше описуємо, що функціональні зони мозочка - це послідовна організація, яка проходить від первинних (моторних) до трансмодальних (DMN, невиконаних для завдання) регіонів. Крім того, взаємозв'язок між двома основними градієнтами та двома моторними та трьома немоторними областями представлення вперше показав, що існують функціональні відмінності не тільки між двома двигунами, але також між трьома немоторними областями представлення. Початкова нова гіпотеза щодо природи цих відмінностей породжується, зазначивши, що немоторна обробка в лопатах IX / X (третє немоторне зображення) може поділяти функціональні схожість з моторною обробкою у лопаті VIII (другий моторний подання) ".

В кінці, нижче наведені дві новітні карти мозочка від Guell et al. (2018 р.) З функціональними градієнтами. На мій погляд, інформація, що міститься на цих картках, змінює наш світогляд функцій головного мозку таким чином, що потенційно може покращити життя та допомогти людям з усіх верств суспільства оптимізувати свій повний потенціал.

Малюнок перший

Градієнти серединної качки та взаємозв'язок з картами дискретних завдань (від Guell et al., 2018a) та картами відстані (від Buckner et al., 2011)

Другий малюнок

Градієнт 1 розширився від мовного завдання / DMN до моторних регіонів. Градієнт 2 - ізольована робоча пам'ять / передньопартеальна мережа. (A) плазмовий атлас серединної кістки та градієнти 1 і 2. (B) розсіювання перших двох градієнтів. Кожна точка відповідає мозжечковому вокселю, положення кожної крапки уздовж осі x і y відповідає положення вздовж градієнта 1 і градієнта 2 для цього мозжечка вокселю, а колір крапки відповідає активності завдання (зверху) або мережі відпочинку (нижній ), пов'язані з цим конкретним вокселем.

Список літератури

Катерина Дж. Стоудлі та Джеремі Д. Шмахман. "Функціональна топографія в людському церемолочці: мета-аналіз досліджень нейровізувань". NeuroImage (вперше опубліковано: січень 2009) DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2008.08.039

Катерина Дж. Стоудлі та Джеремі Д. Шмахман. "Докази топографічної організації в церемонополі з управління мотором проти когнітивної та афективної обробки". Cortex (вперше опубліковано: січень 2010 р.) DOI: 10.1016 / j.cortex.2009.11.008

Ренді Л. Бакнер, Фенна М. Крієн, Анджела Кастелланос, Джуліо К. Діаз та Б. Томас Йео. "Організація людського церемони, що оцінюється внутрішньо функціональними з'єднаннями". Журнал нейрофізіології (вперше опубліковано: 1 листопада 2011 р.) DOI: 10.1152 / jn.00339.2011

Катерина Дж. Стоудлі та Джеремі Д. Шмахман. "Глава 4 - Функціональна топографія Черепнотику людини". Довідник з клінічної неврології (спочатку доступний в Інтернеті: 11 червня 2018 року) DOI: 10.1016 / B978-0-444-63956-1.00004-7

Ксав'єра Гуеля, Джона Габріелі та Джеремі Шмахмана. "Триразове представлення мови, робочої пам'яті, обробки соціальної та емоційної ситуації в церемонійній скелі: збіжкові докази від задачі та аналізу fMRI в умовах стаціонарного спостереження насіння на базі єдиної великої когорти". NeuroImage (спочатку опубліковано в Інтернеті: 2 лютого 2018 р.) DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2018.01.082

Шеба Арнольд Антерапер, Ксав'єр Гуель, Аніла Д'мелло, Нега Джоші, Сьюзен Уітфілд-Габріелі та Гаган Джоші. "Розбита внутрішньо функціональна зв'язок цереброцебейних клітин у молодих дорослих з високофункціональним розладом спектру аутизму: вивчення функціональної магнітно-резонансної томографії з високою тимчасовою роздільною здатністю на основі даних, повного мозку". Підключення мозку (вперше опубліковано в Інтернеті: 31 липня 2018 року) DOI: 10.1089 / brain.2018.0581

Ксав'єр Гуель, Джеремі Д. Шмахман, Джон Д. Габріелі, Сатраджіт С. Гош. "Функціональні градієнти серединної кістки". eLife (вперше опубліковано: 14 серпня 2018 р.) DOI: 10.7554 / eLife.36652