stringtranslate.com

Асимметрия мозга

В нейроанатомии человека асимметрия мозга может относиться как минимум к двум совершенно различным выводам:

Стереотипное изображение латерализации мозга, ошибочность которого была доказана в нейробиологических исследованиях. [1]

Нейроанатомические различия сами по себе существуют в разных масштабах: от плотности нейронов до размера областей, таких как плоскость височной кости , до — в самом большом масштабе — скручивания или «ветра» в человеческом мозге , отражающей форму черепа, которая отражает назад (кзади) выпячивание левой затылочной кости и вперед (кпереди) выпячивание правой лобной кости . [2] Помимо существенных различий в размерах, между полушариями были обнаружены как нейрохимические, так и структурные различия. Асимметрия проявляется в расположении кортикальных столбцов, а также в дендритной структуре и сложности. Клетки большего размера также обнаруживаются в слое III зоны Брока.

Человеческий мозг имеет общую лево-заднюю и право-переднюю асимметрию (или крутящий момент мозга). Особенно большие асимметрии наблюдаются в лобной, височной и затылочной долях, причем асимметрия усиливается в передне-заднем направлении, начиная с центральной области. Левую асимметрию можно увидеть в извилине Хешля, теменной покрышке , сильвиевой щели, левой поясной извилине, височно-теменной области и височной плоскости. Правостороннюю асимметрию можно увидеть в правой центральной борозде (что потенциально указывает на усиление связей между моторной и соматосенсорной корой в левой части головного мозга), боковом желудочке, энторинальной коре, миндалевидном теле и височно-теменно-затылочной области. Также распространены асимметрии мозга, зависящие от пола . Например, мужской мозг более асимметрично латерализован, чем женский. Однако исследования экспрессии генов, проведенные Гавриличем и его коллегами и Плетикосом и его коллегами, не смогли обнаружить асимметрию между полушариями на популяционном уровне. [3] [4]

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

История

В середине XIX 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. Галл считал, что мозг функционирует не как единое целое, а разные психические функции можно отнести к разным частям мозга. Он также был первым, кто предположил, что обработка речи происходит в лобных долях. [7] Однако теории Галла вызвали споры среди многих учёных того времени. Других убедили эксперименты, подобные экспериментам, проведенным 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, фактически вызвала повреждение нескольких областей крошечного мозга птичьих моделей.

Поль Брока был одним из первых, кто предложил убедительные доказательства локализации функций, когда определил область мозга, связанную с речью.

В 1861 году хирург Поль Брока предоставил доказательства, подтверждающие теории Галля. Брока обнаружил, что двое из его пациентов, страдавших потерей речи, имели аналогичные поражения в одной и той же области левой лобной доли. [7] Хотя это было убедительным доказательством локализации функции, связь с «односторонностью» не была установлена ​​сразу. Продолжая изучать подобных пациентов, Брока установил, что все случаи связаны с повреждением левого полушария, и в 1864 году отметил значимость этих результатов: это должна быть специализированная область. Он также - ошибочно - предложил теории о связи речевых областей с «рукой».

Соответственно, некоторые из самых известных ранних исследований асимметрии мозга касались обработки речи. Асимметрия сильвиевой щели (также известной как латеральная борозда), которая отделяет лобную и теменную доли от височной доли, была одним из первых обнаруженных несоответствий. Его анатомические различия связаны с размером и расположением двух областей человеческого мозга, которые важны для обработки речи: 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 выдвинул идею о «ведущем полушарии» — или одной стороне мозга, которая играет более важную роль в общей функции — которая в конечном итоге проложит путь к пониманию «доминирование» полушарий для различных процессов. Несколько лет спустя, в середине 20-го века, критическое понимание латерализации полушарий для зрительно-пространственных функций, внимания и восприятия, слуховой, лингвистической и эмоциональной обработки пришло от пациентов, перенесших процедуры расщепления мозга для лечения таких расстройств, как эпилепсия . У пациентов с расщеплением мозга мозолистое тело разрезается, разрывая основную структуру, обеспечивающую связь между двумя полушариями. Первым современным пациентом с расщеплением мозга был ветеран войны, известный как Пациент WJ [10] , чей случай способствовал дальнейшему пониманию асимметрии.

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

В людях

Латеральные функциональные различия

Левое и правое полушария управляют контрлатеральными сторонами тела. Каждое полушарие содержит участки всех 4 долей: лобной, теменной, височной и затылочной. Два полушария разделены продольной щелью и соединены мозолистым телом, которое обеспечивает связь и координацию стимулов и информации. [13] Мозолистое тело — крупнейший коллективный путь ткани белого вещества в организме, состоящий из более чем 200 миллионов нервных волокон. [14] Левое и правое полушария связаны с разными функциями и специализируются на интерпретации одних и тех же данных по-разному, что называется латерализацией мозга. Левое полушарие связано с речью и вычислениями, а правое полушарие более тесно связано с зрительно-пространственным распознаванием и распознаванием лиц. Эта латерализация функций мозга приводит к тому, что некоторые специализированные области присутствуют только в определенном полушарии или доминируют в одном полушарии по сравнению с другим. Некоторые из важных регионов, входящих в каждое полушарие, перечислены ниже. [15]

Левое полушарие

Площадь Брока
Зона Брока расположена в префронтальной коре левого полушария над поясной извилиной в третьей лобной извилине. [16] Область Брока была открыта Полем Брока в 1865 году. Эта область отвечает за производство речи. Повреждение этой области может привести к афазии Брока, из-за которой пациент не может формулировать связные соответствующие предложения. [17]
Площадь Вернике
Зона Вернике была открыта в 1976 году Карлом Вернике и оказалась местом понимания языка. Зона Вернике также находится в левом полушарии височной доли. Повреждение этой области мозга приводит к потере способности понимать речь. Однако они по-прежнему способны воспроизводить звуки, слова и предложения, хотя и не используются в соответствующем контексте. [18]

Правое полушарие

Веретенообразная область лица
Веретенообразная область лица (FFA) — это область, которая, как было изучено, является очень активной при взгляде на лица в поле зрения. Обнаружено, что FFA присутствует в обоих полушариях, однако исследования показали, что FFA преимущественно латерализуется в правом полушарии, где проводится более глубокая когнитивная обработка лиц. [19] [20] Левое полушарие FFA связано с быстрой обработкой лиц и их особенностей. [19]

Другие регионы и сопутствующие заболевания

Некоторые важные области мозга, которые могут проявляться как асимметричные, могут привести к поражению любого из полушарий из-за таких факторов, как генетика. Примером может служить рукоприкладство. Рукота может быть результатом асимметрии моторной коры одного полушария. У правшей, поскольку мозг управляет контралатеральной стороной тела, у них может быть более индуцированная моторная кора в левом полушарии.

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

Шизофрения
Шизофрения — это сложное долговременное психическое расстройство, которое вызывает у человека галлюцинации, бред и недостаток концентрации, мышления и мотивации. Исследования показали, что у людей с шизофренией отсутствует асимметрия мозга, что снижает функциональную эффективность пораженных областей, таких как лобная доля. [21] Состояния включают функциональную латерализацию полушария влево, потерю латерализации для понимания речи, уменьшение гирификации, перекручивание мозга и т. д. [22] [23]
Дислексия
Как было изучено ранее, речь обычно доминирует в левом полушарии. Нарушения развития речи, такие как дислексия , исследовались с использованием методов визуализации мозга, чтобы понять нейронные или структурные изменения, связанные с этим расстройством. Предыдущие исследования показали, что асимметрия полушарий, которая обычно встречается у здоровых взрослых, например размер височной доли, не наблюдается у взрослых пациентов с дислексией. В то же время прошлые исследования показали, что у пациентов с дислексией отсутствует латерализация речи в мозгу по сравнению со здоровыми пациентами. Вместо этого у пациентов с дислексией было обнаружено двустороннее доминирование полушарий в речи. [24] [25]

Текущее исследование

Латерализация функций и асимметрия в человеческом мозге продолжают стимулировать популярную отрасль нейробиологических и психологических исследований. Технологические достижения в области картирования мозга позволили исследователям более четко видеть больше частей мозга, что пролило свет на ранее не обнаруженные различия в латерализации, возникающие на разных этапах жизни. [9] По мере появления дополнительной информации исследователи находят понимание того, как и почему мозг раннего человека мог развиваться таким образом, чтобы адаптироваться к социальным, экологическим и патологическим изменениям. Эта информация дает представление о пластичности или о том, как разные части мозга иногда могут быть задействованы для выполнения разных функций. [26]

Продолжение изучения асимметрии мозга также способствует пониманию и лечению сложных заболеваний. Нейровизуализация у пациентов с болезнью Альцгеймера , например, показывает значительное ухудшение работы левого полушария наряду с доминированием правого полушария, что может быть связано с рекрутированием ресурсов в эту сторону мозга при повреждении левого. [27] Эти изменения в полушариях связаны с производительностью при выполнении задач, связанных с памятью. [28]

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Нильсен, Дж. А., Зелински, Б. А., Фергюсон, Массачусетс, Лэйнхарт, Дж. Э., и Андерсон, Дж. С. (2013). Оценка гипотезы левого и правого полушарий мозга с помощью магнитно-резонансной томографии с функциональной связностью в состоянии покоя. ПЛОС ОДИН, 8(8), е71275.
  2. ^ ЛеМэй М (июнь 1977 г.). «Асимметрия черепа и рук. Возвращение к френологии». Журнал неврологических наук . 32 (2): 243–53. дои : 10.1016/0022-510X(77)90239-8. PMID  874523. S2CID  24210069.
  3. ^ Гаврилич М.Дж., Лейн Э.С., Гийозе-Бонгаартс А.Л., Шен Э.Х., Нг Л., Миллер Дж.А. и др. (сентябрь 2012 г.). «Анатомически полный атлас транскриптома мозга взрослого человека». Природа . 489 (7416): 391–399. Бибкод : 2012Natur.489..391H. дои : 10.1038/nature11405. ПМК 4243026 . ПМИД  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 (17 ноября 2004 г.). «Асимметрия мозга при аутизме и расстройствах речи: вложенный анализ всего мозга». Мозг . Издательство Оксфордского университета (ОУП). 128 (1): 213–226. дои : 10.1093/brain/awh330 . ISSN  1460-2156. ПМИД  15563515.
  6. ^ Постема, Мерел С.; и другие. (31 октября 2019 г.). «Измененная структурная асимметрия мозга при расстройствах аутистического спектра в исследовании 54 наборов данных». Природные коммуникации . 10 (1): 4958. Бибкод : 2019NatCo..10.4958P. дои : 10.1038/s41467-019-13005-8. ISSN  2041-1723. ПМК 6823355 . ПМИД  31673008. 
  7. ^ ab Springer S, Deutsch G (1997). Левое полушарие правого полушария: перспективы когнитивной нейронауки . Нью-Йорк: WH Freeman & Company.
  8. ^ Пирс, JMS (2009). «Мари-Жан-Пьер Флуранс (1794–1867) и корковая локализация». Европейская неврология . 61 (5): 311–314. дои : 10.1159/000206858 . ISSN  0014-3022. ПМИД  19295220.
  9. ^ ab Toga AW, Thompson PM (январь 2003 г.). «Картирование асимметрии мозга». Обзоры природы. Нейронаука . 4 (1): 37–48. дои : 10.1038/nrn1009. PMID  12511860. S2CID  15867592.
  10. ^ Газзанига М.С., Иври Р.Б., Мангун Г.Р. (2002). «Церебральная латерализация и специализация» . Когнитивная нейробиология: биология разума (2-е изд.). Нью-Йорк: Нортон. ISBN 978-0393977776. ОСЛК  47767271.
  11. ^ Льюис Д.В., Diamond MC (1995). «Влияние гонадных стероидов на асимметрию коры головного мозга». Дэвидсон Р., Хугдаль К. (ред.). Асимметрия мозга (2-е печатное изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. стр. 31–50. ISBN 978-0585326634. ОСЛК  45844419.
  12. ^ Конча ML (август 2004 г.). «Дорсальная диэнцефальная проводящая система рыбок данио как модель латерализации мозга позвоночных». НейроОтчет . 15 (12): 1843–6. дои : 10.1097/00001756-200408260-00001. ПМК 1350661 . ПМИД  15305121. 
  13. ^ Пол М. Томпсон; Тога, Артур В. (январь 2003 г.). «Картирование асимметрии мозга». Обзоры природы Неврология . 4 (1): 37–48. дои : 10.1038/nrn1009. ISSN  1471-0048. PMID  12511860. S2CID  15867592.
  14. ^ «Национальная организация заболеваний мозолистого тела». nodcc.org . Проверено 11 апреля 2019 г.
  15. ^ Алькада, Амель; Се, И-Вэнь; Моррисси, Закери Д.; Чуанг, Чиу-Фен (январь 2018 г.). «Асимметричное развитие нервной системы». Динамика развития . 247 (1): 124–137. дои : 10.1002/dvdy.24595. ISSN  1097-0177. ПМК 5743440 . ПМИД  28940676. 
  16. ^ "Зона Брока | анатомия" . Британская энциклопедия . Проверено 11 апреля 2019 г.
  17. ^ «Область Брока - сценарист мозга, формирование речи, результаты исследования - 17.02.2015» . www.hopkinsmedicine.org . Проверено 11 апреля 2019 г.
  18. ^ Биндер, Джеффри Р. (15 декабря 2015 г.). «Район Вернике: современные свидетельства и новая интерпретация». Неврология . 85 (24): 2170–2175. дои : 10.1212/WNL.0000000000002219. ISSN  0028-3878. ПМЦ 4691684 . ПМИД  26567270. 
  19. ^ аб Канвишер, Нэнси; Йовель, Галит (29 декабря 2006 г.). «Веретенообразная область лица: область коры, специализирующаяся на восприятии лиц». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 361 (1476): 2109–2128. дои : 10.1098/rstb.2006.1934. ISSN  0962-8436. ПМЦ 1857737 . ПМИД  17118927. 
  20. ^ Мэн, Мин; Чериан, Тариан; Сингал, Гаурав; Синха, Паван (22 мая 2012 г.). «Латерализация обработки лица в человеческом мозге». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 279 (1735): 2052–2061. дои :10.1098/rspb.2011.1784. ISSN  0962-8452. ПМК 3311882 . ПМИД  22217726. 
  21. ^ Сим, Канг; Безерианос, Анастасиос; Коллинсон, Саймон Л.; Чен, Ю; Сунь, Ю (01 января 2017 г.). «Пониженная полушарная асимметрия анатомических сетей мозга связана с шизофренией: исследование коннектома». Кора головного мозга . 27 (1): 602–615. дои : 10.1093/cercor/bhv255 . ISSN  1047-3211. ПМИД  26503264.
  22. ^ Рибольси, Микеле; Даскалакис, Зафирис Дж.; Сиракусано, Альберто; Кох, Джакомо (22 декабря 2014 г.). «Аномальная асимметрия связей мозга при шизофрении». Границы человеческой неврологии . 8 : 1010. дои : 10.3389/fnhum.2014.01010 . ISSN  1662-5161. ПМЦ 4273663 . ПМИД  25566030. 
  23. ^ Ройер, Селин; Делькруа, Николя; Леру, Элиза; Алари, Матье; Разафимандимби, Анник; Бразо, Перрин; Деламильер, Паскаль; Дольфус, Соня (февраль 2015 г.). «Функциональные и структурные асимметрии головного мозга у больных шизофренией и биполярными расстройствами». Исследования шизофрении . 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.). «Мозговая асимметрия речи у детей с дислексией». Латеральность: асимметрия тела, мозга и познания . 6 (4): 289–301. дои : 10.1080/713754422. ISSN  1357-650Х. PMID  15513177. S2CID  30457618.
  25. ^ Леонард, Кристиана М.; Экерт, Марк А. (2008). «Асимметрия и дислексия». Развивающая нейропсихология . 33 (6): 663–681. дои : 10.1080/87565640802418597. ISSN  8756-5641. ПМК 2586924 . ПМИД  19005910. 
  26. ^ Гомес-Роблес А., Хопкинс В.Д., Шервуд CC (июнь 2013 г.). «Повышенная морфологическая асимметрия, эволюционность и пластичность в эволюции человеческого мозга». Слушания. Биологические науки . 280 (1761): 20130575. doi :10.1098/rspb.2013.0575. ПМЦ 3652445 . ПМИД  23615289. 
  27. ^ Лю Х, Чжан Л, Си Q, Чжао X, Ван Ф, Ван X, Мень W, Линь Q (2018). «Изменения в латерализации мозга у пациентов с легкими когнитивными нарушениями и болезнью Альцгеймера: функциональное магнитно-резонансное исследование в состоянии покоя в рамках Инициативы нейровизуализации при болезни Альцгеймера». Границы в неврологии . 9 :3. дои : 10.3389/fneur.2018.00003 . ПМК 5810419 . ПМИД  29472886. 
  28. ^ Ян С, Чжун С, Чжоу X, Вэй Л, Ван Л, Не С (2017). «Аномалия топологической асимметрии между сетями белого вещества полушария мозга при болезни Альцгеймера и легких когнитивных нарушениях». Границы стареющей неврологии . 9 : 261. дои : 10.3389/fnagi.2017.00261 . ПМЦ 5545578 . ПМИД  28824422. 

дальнейшее чтение