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Commun. Biol.:绘制大脑的通信枢纽-丘脑,确定大脑区域功能

发布:2023-07-27    浏览:26 次

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丘脑,位于我们大脑的深处,就像人脑中的。它接收并分配来自感官和整个大脑的信号。例如,所有的视觉和听觉输入,这些信号会先传输到丘脑,然后经丘脑分配到处理这些信号的大脑区域,类似于旅客往返于不同的城市,但可能会在同一个大型机场停留。然而,人们对丘脑的哪个部分负责大脑的哪个功能一直知之甚少。
近期,马克斯·普朗克生物控制论研究所Vinod Jangir Kumar及其研究团队在Communications BiologyIF=5.9)上发表了题为”Relay and higher-order thalamic nuclei show an intertwined functional association with cortical-networks”的文章,研究探索了丘脑与大脑其他部分的相关性。通过功能性磁共振成像(fMRI)技术,研发现中继和高阶的丘脑核团与不同的皮质网络表现出相互交织的功能联系,可能有助于开发出针对帕金森病或癫痫等疾病的治疗方法。此外,研究表明,中继的特异性丘脑核团不仅参与继电器的特异性行为,而且还参与了大脑的高阶功能。
研究人员通过绘制丘脑的图谱,确定了丘脑的每个亚单位的功能。事实证明,丘脑的许多亚单位是共享它们的任务的。研究人员将这种现象称为功能多重性,它可以与中央处理器(CPU)的工作方式相比较。无论你是在计算机上运行游戏还是办公应用程序,一切都需要在CPU上处理,CPU并不关心你运行的是什么类型的程序,它允许计算当前任何它所需要的应用程序。
丘脑解剖学示意图
但丘脑的灵活性还不止于此,它还参与更高级的大脑功能。从工作记忆到决策和冲动控制,丘脑都发挥着作用。这些高级功能通常与大脑皮层有关,大脑皮层是人类和其他哺乳动物发育较晚的神经组织。研究结果显示,我们对视觉丘脑中继核团的发现,与最近的动物文献中的观察结果一致。然而,在人类身上观察到这一点是值得重视的。
为了得到这一结果,研究人员们统计分析了人类连接组项目(Human Connectome Project)中730名受试者的350万份脑部扫描数据这些脑图像是通过功能性磁共振成像(fMRI)生成的,通过测量含氧和脱氧血液的水平间接可视化神经活动。
由于活跃的神经元需要供氧,这种方法可以生成一个图像,在这个图像上,活跃的大脑区域亮起,而相对不活跃的大脑区域保持黑暗。即使扫描对象处于静止状态,这些图像也可以识别大脑中的重要连接。研究人员补充了14,371项fMRI研究的数据,在这些研究中,受试者被要求在大脑被扫描的同时执行任务。
分析工作流程
研究结果显示,大脑皮层是与大部分的任务都有一定关系的。这就是为什么在fMRI扫描中可以看到丘脑区域和皮层之间的联系,从而可以得出关于丘脑区域功能的结论。例如,发现大脑皮层中的疼痛网络和丘脑的某个区域之间有很强的联系,可以推断出这个丘脑区域与疼痛有关。
网络连接的排列
由于丘脑受损会导致多种疾病,如感觉缺陷、记忆障碍、帕金森病、癫痫等,因此关于丘脑如何工作在未来可能与许多临床应用相关。
在今天,神经外科医生已经在使用一种叫做深部脑刺激(DBS)的方法来治疗这种情况:他们用电刺激丘脑的某些部分来缓解帕金森病或耐药性癫痫其他潜在的临床应用包括经颅直流电刺激(tDCS)和经颅磁刺激(rTMS),用于治疗各种神经和精神健康障碍的非侵入性程序。
研究人员对丘脑核的功能多样性的新认识,为此类临床疾病提供了解释。例如,人们可以更好地理解为什么一个帕金森氏病患者在接受丘脑深部脑刺激治疗时会出现某些副作用。研究人员希望这些知识将有助于为这些干预措施制定更有针对性的方法,使其更有效并减少其副作用。
参考文献
Kumar, V. J., Beckmann, C. F., Scheffler, K., & Grodd, W. (2022). Relay and higher-order thalamic nuclei show an intertwined functional association with cortical-networks.Communications biology, 5(1), 1187. https://doi.org/10.1038/s42003-022-04126-w
资讯来源
https://medicalxpress.com/news/2022-11-hub-brain.html
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编译:张琳睿
校审:展琳琳
全文完
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