stringtranslate.com

Асимметрия мозга

В нейроанатомии человека асимметрия мозга может относиться как минимум к двум совершенно разным явлениям:

Стереотипное изображение латерализации мозга, которое оказалось ложным в ходе нейробиологических исследований. [1]

Нейроанатомические различия сами по себе существуют в разных масштабах, от плотности нейронов, до размера таких областей, как planum temporale , до — в самом большом масштабе — торсии или «ветра» в человеческом мозге , отраженной формы черепа, которая отражает выступ назад (задний) левой затылочной кости и выступ вперед (передний) правой лобной кости . [2] В дополнение к грубым различиям в размерах, как нейрохимические, так и структурные различия были обнаружены между полушариями. Асимметрия проявляется в расстоянии между корковыми колонками, а также в дендритной структуре и сложности. Более крупные размеры клеток также обнаружены в слое III зоны Брока.

Человеческий мозг имеет общую левостороннюю заднюю и правостороннюю переднюю асимметрию (или мозговой момент). Особенно большие асимметрии наблюдаются в лобной, височной и затылочной долях, которые увеличиваются в асимметрии в переднезаднем направлении, начиная с центральной области. Левосторонняя асимметрия наблюдается в извилине Гешля, теменной покрышке , сильвиевой борозде, левой поясной извилине, височно-теменной области и planum temporale. Правосторонняя асимметрия наблюдается в правой центральной борозде (что потенциально указывает на повышенную связь между моторной и соматосенсорной корой в левой части мозга), боковом желудочке, энторинальной коре, миндалевидном теле и височно-теменно-затылочной области. Также распространены асимметрии мозга, зависящие от пола . Например, мозг мужчины более асимметрично латерализован, чем мозг женщины. Однако исследования экспрессии генов, проведенные Гаврилицем и его коллегами, а также Плетикосом и его коллегами, не смогли обнаружить асимметрию между полушариями на уровне популяции. [3] [4]

У людей с аутизмом мозг гораздо более симметричен, чем у людей без аутизма. [5] [6]

История

В середине 19 века ученые впервые начали делать открытия, касающиеся латерализации мозга, или различий в анатомии и соответствующих функциях между двумя полушариями мозга. Франц Галль , немецкий анатом, был первым, кто описал то, что сейчас известно как Доктрина церебральной локализации. Галль считал, что, вместо того, чтобы мозг функционировал как единое целое, различные умственные функции можно приписать разным частям мозга. Он также был первым, кто предположил, что обработка языка происходит в лобных долях. [7] Однако теории Галля были спорными среди многих ученых того времени. Другие были убеждены экспериментами, такими как эксперименты, проведенные Мари-Жан-Пьером Флурансом , в которых он продемонстрировал, что повреждения мозга птиц наносят непоправимый ущерб жизненно важным функциям. [8] Методы Флуранса, однако, не были точными; грубая методология, использованная в его экспериментах, на самом деле наносила ущерб нескольким областям крошечного мозга моделей птиц.

Поль Брока был одним из первых, кто представил убедительные доказательства локализации функции, когда он определил область мозга, связанную с речью.

В 1861 году хирург Поль Брока предоставил доказательства, которые подтверждали теории Галла. Брока обнаружил, что двое его пациентов, у которых была потеря речи, имели похожие поражения в одной и той же области левой лобной доли. [7] Хотя это было убедительным доказательством локализации функции, связь со «сторонностью» не была установлена ​​сразу. По мере того, как Брока продолжал изучать похожих пациентов, он установил связь, что все случаи включали повреждение левого полушария, и в 1864 году отметил значимость этих результатов — что это должна быть специализированная область. Он также — ошибочно — предложил теории о связи речевых областей с «рукостью».

Соответственно, некоторые из самых известных ранних исследований асимметрии мозга касались обработки речи. Асимметрия в сильвиевой борозде (также известной как латеральная борозда), которая отделяет лобную и теменную доли от височной доли, была одним из первых обнаруженных несоответствий. Ее анатомические различия связаны с размером и расположением двух областей человеческого мозга, которые важны для обработки языка, зоны Брока и зоны Вернике , обе в левом полушарии. [9]

Примерно в то же время, когда Брока и Вернике сделали свои открытия, невролог Хьюлингс Джексон предложил идею «ведущего полушария» — или одной стороны мозга, которая играет более значительную роль в общей функции — что в конечном итоге проложило путь к пониманию «доминирования» полушарий для различных процессов. Несколько лет спустя, в середине 20-го века, критическое понимание латерализации полушарий для визуально-пространственной, внимания и восприятия, слуховой, языковой и эмоциональной обработки пришло от пациентов, которые прошли процедуры расщепления мозга для лечения таких расстройств, как эпилепсия . У пациентов с расщепленным мозгом мозолистое тело разрезается, разрывая основную структуру для связи между двумя полушариями. Первым современным пациентом с расщепленным мозгом был ветеран войны, известный как Пациент WJ , [10], чей случай способствовал дальнейшему пониманию асимметрии.

Асимметрия мозга свойственна не только людям. Помимо исследований пациентов с различными заболеваниями мозга, многое из того, что сегодня известно об асимметрии и латерализации функций, было изучено с помощью моделей как беспозвоночных, так и позвоночных животных, включая данио-рерио, голубей, крыс и многих других. Например, более поздние исследования, раскрывающие половой диморфизм в асимметрии мозга в коре головного мозга и гипоталамусе крыс, показывают, что половые различия, возникающие из-за гормональной сигнализации, могут оказывать важное влияние на структуру и функцию мозга. [11] Работа с данио-рерио была особенно информативной, поскольку этот вид представляет собой лучшую модель для прямой связи асимметричной экспрессии генов с асимметричной морфологией и для поведенческого анализа. [12]

У людей

Латерализованные функциональные различия

Левое и правое полушария управляют контралатеральными сторонами тела. Каждое полушарие содержит секции всех 4 долей: лобной доли, теменной доли, височной доли и затылочной доли. Два полушария разделены вдоль опосредованной продольной щели и соединены мозолистым телом, которое обеспечивает связь и координацию стимулов и информации. [13] Мозолистое тело является крупнейшим коллективным путем ткани белого вещества в организме, который состоит из более чем 200 миллионов нервных волокон. [14] Левое и правое полушария связаны с различными функциями и специализируются на интерпретации одних и тех же данных разными способами, что называется латерализацией мозга. Левое полушарие связано с языком и вычислениями, в то время как правое полушарие более тесно связано с визуально-пространственным распознаванием и распознаванием лиц. Эта латерализация функций мозга приводит к тому, что некоторые специализированные регионы присутствуют только в определенном полушарии или доминируют в одном полушарии по сравнению с другим. Некоторые из значимых регионов, включенных в каждое полушарие, перечислены ниже. [15]

Левое полушарие

Зона Брока
Зона Брока расположена в префронтальной коре левого полушария над поясной извилиной в третьей лобной извилине. [16] Зона Брока была открыта Полем Брока в 1865 году. Эта зона отвечает за производство речи. Повреждение этой зоны может привести к афазии Брока, из-за которой пациент не может формулировать связные соответствующие предложения. [17]
Зона Вернике
Зона Вернике была открыта в 1976 году Карлом Вернике и была признана местом понимания языка. Зона Вернике также находится в левом полушарии в височной доле. Повреждение этой области мозга приводит к тому, что человек теряет способность понимать язык. Однако он все еще может воспроизводить звуки, слова и предложения, хотя они не используются в соответствующем контексте. [18]

Правое полушарие

Веретенообразная область лица
Веретенообразная область лица (FFA) — это область, которая, как было изучено, является высокоактивной, когда внимание уделяется лицам в поле зрения. FFA присутствует в обоих полушариях, однако исследования показали, что FFA преимущественно латерализована в правом полушарии, где осуществляется более глубокая когнитивная обработка лиц. [19] [20] Левополушарная FFA связана с быстрой обработкой лиц и их черт. [19]

Другие регионы и сопутствующие заболевания

Некоторые значительные регионы, которые могут быть представлены как асимметричные в мозге, могут привести к тому, что оба полушария будут из-за таких факторов, как генетика. Примером может служить леворукость. Праворукость может быть результатом асимметрии в двигательной коре одного полушария. У правшей, поскольку мозг управляет контралатеральной стороной тела, у них может быть более индуцированная двигательная кора в левом полушарии.

Было обнаружено, что несколько заболеваний усугубляют асимметрию мозга, которая уже присутствует в мозге. Исследователи начинают изучать влияние и связь асимметрии мозга с такими заболеваниями, как шизофрения и дислексия.

Шизофрения
Шизофрения — это сложное долгосрочное психическое расстройство, которое вызывает галлюцинации, бред и недостаток концентрации, мышления и мотивации у человека. Исследования показали, что у людей с шизофренией наблюдается недостаток асимметрии мозга, что снижает функциональную эффективность пораженных областей, таких как лобная доля. [21] Состояния включают в себя левостороннюю функциональную полушарную латерализацию, потерю латеральности для понимания языка, снижение гирификации, скручивание мозга и т. д. [22] [23]
Дислексия
Как изучалось ранее, язык обычно доминирует в левом полушарии. Расстройства развития языка, такие как дислексия , были исследованы с использованием методов визуализации мозга, чтобы понять нейронные или структурные изменения, связанные с расстройством. Прошлые исследования показали, что асимметрия полушарий, которая обычно обнаруживается у здоровых взрослых, такая как размер височной доли, отсутствует у взрослых пациентов с дислексией. В связи с этим, прошлые исследования показали, что у пациентов с дислексией отсутствует латерализация языка в их мозге по сравнению со здоровыми пациентами. Вместо этого у пациентов с дислексией было показано двустороннее доминирование полушарий для языка. [24] [25]

Текущие исследования

Латерализация функции и асимметрия в человеческом мозге продолжает продвигать популярную отрасль нейробиологических и психологических исследований. Технологические достижения в картировании мозга позволили исследователям более четко увидеть больше частей мозга, что пролило свет на ранее необнаруженные различия латерализации, которые происходят на разных этапах жизни. [9] По мере появления новой информации исследователи находят понимание того, как и почему ранние человеческие мозги могли эволюционировать именно так, чтобы адаптироваться к социальным, экологическим и патологическим изменениям. Эта информация дает подсказки относительно пластичности или того, как разные части мозга иногда могут быть задействованы для разных функций. [26]

Продолжение изучения асимметрии мозга также способствует пониманию и лечению сложных заболеваний. Например, нейровизуализация у пациентов с болезнью Альцгеймера показывает значительное ухудшение в левом полушарии, наряду с доминированием правого полушария, что может быть связано с привлечением ресурсов к этой стороне мозга при повреждении левого. [27] Эти изменения в полушариях связаны с выполнением задач на память. [28]

Как и в прошлом, исследования обработки языка и последствий леворукости и праворукости также доминируют в современных исследованиях асимметрии мозга.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Нильсен, JA, Зелински, BA, Фергюсон, MA, Лайнхарт, JE, и Андерсон, JS (2013). Оценка гипотезы левого и правого полушарий мозга с помощью магнитно-резонансной томографии функциональной связности в состоянии покоя. PLOS ONE, 8(8), e71275.
  2. ^ LeMay M (июнь 1977). «Асимметрия черепа и леворукость. Френология снова». Журнал неврологических наук . 32 (2): 243–53. doi :10.1016/0022-510X(77)90239-8. PMID  874523. S2CID  24210069.
  3. ^ Hawrylycz MJ, Lein ES, Guillozet-Bongaarts AL, Shen EH, Ng L, Miller JA и др. (сентябрь 2012 г.). «Анатомически полный атлас транскриптома мозга взрослого человека». Nature . 489 (7416): 391–399. Bibcode :2012Natur.489..391H. doi :10.1038/nature11405. PMC 4243026 . PMID  22996553. 
  4. ^ Плетикос М., Соуза А.М., Седмак Г., Мейер К.А., Чжу Ю., Ченг Ф., Ли М., Кавасава Ю.И., Сестан Н. (январь 2014 г.). «Временная спецификация и двусторонность экспрессии топографических генов неокортекса человека». Нейрон . 81 (2): 321–32. doi :10.1016/j.neuron.2013.11.018. ПМК 3931000 . ПМИД  24373884. 
  5. ^ Герберт, MR (2004-11-17). «Асимметрия мозга при аутизме и расстройстве развития языка: вложенный анализ всего мозга». Мозг . 128 (1). Oxford University Press (OUP): 213–226. doi : 10.1093/brain/awh330 . ISSN  1460-2156. PMID  15563515.
  6. ^ Постема, Мерел К.; и др. (2019-10-31). «Измененная структурная асимметрия мозга при расстройствах аутистического спектра в исследовании 54 наборов данных». Nature Communications . 10 (1): 4958. Bibcode :2019NatCo..10.4958P. doi :10.1038/s41467-019-13005-8. ISSN  2041-1723. PMC 6823355 . PMID  31673008. 
  7. ^ ab Springer S, Deutsch G (1997). Левый мозг, правый мозг: перспективы когнитивной нейронауки . Нью-Йорк: WH Freeman & Company.
  8. ^ Pearce, JMS (2009). «Мари-Жан-Пьер Флуранс (1794–1867) и корковая локализация». Европейская неврология . 61 (5): 311–314. doi : 10.1159/000206858 . ISSN  0014-3022. PMID  19295220.
  9. ^ ab Toga AW, Thompson PM (январь 2003 г.). «Картирование асимметрии мозга». Nature Reviews. Neuroscience . 4 (1): 37–48. doi :10.1038/nrn1009. PMID  12511860. S2CID  15867592.
  10. ^ Gazzaniga MS, Ivry RB, Mangun GR (2002). "Церебральная латерализация и специализация" . Когнитивная нейронаука: биология разума (2-е изд.). Нью-Йорк: Norton. ISBN 978-0393977776. OCLC  47767271.
  11. ^ Льюис Д. В., Даймонд М. К. (1995). «Влияние гонадных стероидов на асимметрию коры головного мозга». В Дэвидсон Р., Хагдал К. (ред.). Асимметрия мозга (2-е издание). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. стр. 31–50. ISBN 978-0585326634. OCLC  45844419.
  12. ^ Concha ML (август 2004 г.). «Дорсальная диэнцефальная проводящая система данио-рерио как модель латерализации мозга позвоночных». NeuroReport . 15 (12): 1843–6. doi :10.1097/00001756-200408260-00001. PMC 1350661 . PMID  15305121. 
  13. ^ Пол М. Томпсон; Тога, Артур В. (январь 2003 г.). «Картирование асимметрии мозга». Nature Reviews Neuroscience . 4 (1): 37–48. doi :10.1038/nrn1009. ISSN  1471-0048. PMID  12511860. S2CID  15867592.
  14. ^ "Национальная организация заболеваний мозолистого тела". nodcc.org . Получено 11 апреля 2019 г.
  15. ^ Alqadah, Amel; Hsieh, Yi-Wen; Morrissey, Zachery D.; Chuang, Chiou-Fen (январь 2018 г.). «Асимметричное развитие нервной системы». Developmental Dynamics . 247 (1): 124–137. doi :10.1002/dvdy.24595. ISSN  1097-0177. PMC 5743440. PMID 28940676  . 
  16. ^ "Зона Брока | анатомия". Encyclopedia Britannica . Получено 2019-04-11 .
  17. ^ "Зона Брока — это сценарист мозга, формирующий речь, показывают исследования - 17.02.2015". www.hopkinsmedicine.org . Получено 11.04.2019 .
  18. ^ Биндер, Джеффри Р. (15.12.2015). «Зона Вернике: современные доказательства и переосмысление». Неврология . 85 (24): 2170–2175. doi :10.1212/WNL.00000000000002219. ISSN  0028-3878. PMC 4691684. PMID 26567270  . 
  19. ^ ab Kanwisher, Nancy; Yovel, Galit (29.12.2006). «Веретенчатая область лица: кортикальная область, специализированная для восприятия лиц». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 361 (1476): 2109–2128. doi :10.1098/rstb.2006.1934. ISSN  0962-8436. PMC 1857737 . PMID  17118927. 
  20. ^ Мэн, Мин; Чериан, Тариан; Сингал, Гаурав; Синха, Паван (2012-05-22). «Латерализация обработки лиц в человеческом мозге». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 279 (1735): 2052–2061. doi :10.1098/rspb.2011.1784. ISSN  0962-8452. PMC 3311882. PMID 22217726  . 
  21. ^ Сим, Канг; Безерианос, Анастасиос; Коллинсон, Саймон Л.; Чен, Ю; Сан, Ю (2017-01-01). «Уменьшенная асимметрия полушарий мозга анатомических сетей связана с шизофренией: исследование коннектома». Cerebral Cortex . 27 (1): 602–615. doi : 10.1093/cercor/bhv255 . ISSN  1047-3211. PMID  26503264.
  22. ^ Рибольси, Микеле; Даскалакис, Зафирис Дж.; Сиракузано, Альберто; Кох, Джакомо (2014-12-22). "Аномальная асимметрия связей мозга при шизофрении". Frontiers in Human Neuroscience . 8 : 1010. doi : 10.3389/fnhum.2014.01010 . ISSN  1662-5161. PMC 4273663. PMID 25566030  . 
  23. ^ Руайе, Селин; Делькруа, Николя; Леру, Элиз; Алари, Матье; Разафимандимби, Анник; Бразо, Перрин; Деламийер, Паскаль; Дольфус, Соня (февраль 2015 г.). «Функциональные и структурные асимметрии мозга у пациентов с шизофренией и биполярными расстройствами». Schizophrenia Research . 161 (2–3): 210–214. doi :10.1016/j.schres.2014.11.014. PMID  25476118. S2CID  18134633.
  24. ^ Хелланд, Турид; Асбьёрнсен, Арве (октябрь 2001 г.). «Асимметрия мозга при языке у детей с дислексией». Латеральность: асимметрия тела, мозга и познания . 6 (4): 289–301. doi :10.1080/713754422. ISSN  1357-650X. PMID  15513177. S2CID  30457618.
  25. ^ Леонард, Кристиана М.; Экерт, Марк А. (2008). «Асимметрия и дислексия». Developmental Neuropsychology . 33 (6): 663–681. doi :10.1080/87565640802418597. ISSN  8756-5641. PMC 2586924. PMID 19005910  . 
  26. ^ Gómez-Robles A, Hopkins WD, Sherwood CC (июнь 2013 г.). «Увеличение морфологической асимметрии, эволюционируемости и пластичности в эволюции человеческого мозга». Труды. Биологические науки . 280 (1761): 20130575. doi :10.1098/rspb.2013.0575. PMC 3652445. PMID  23615289 . 
  27. ^ Лю Х., Чжан Л., Си Цюй, Чжао Х., Ван Ф., Ван Х., Мэн В., Линь Цюй (2018). «Изменения латерализации мозга у пациентов с легкими когнитивными нарушениями и болезнью Альцгеймера: функциональное магнитно-резонансное исследование в состоянии покоя в рамках инициативы по нейровизуализации болезни Альцгеймера». Frontiers in Neurology . 9 : 3. doi : 10.3389/fneur.2018.00003 . PMC 5810419. PMID  29472886 . 
  28. ^ Yang C, Zhong S, Zhou X, Wei L, Wang L, Nie S (2017). «Аномалия топологической асимметрии между сетями белого вещества полушарий мозга при болезни Альцгеймера и умеренных когнитивных нарушениях». Frontiers in Aging Neuroscience . 9 : 261. doi : 10.3389/fnagi.2017.00261 . PMC 5545578. PMID  28824422 . 

Дальнейшее чтение