Задняя поясная извилина ( PCC ) является каудальной частью поясной извилины , расположенной позади передней поясной извилины . Это верхняя часть « лимбической доли ». Поясная кора состоит из области вокруг средней линии мозга . Окружающие области включают ретросплениальную кору и предклинье .
Цитоархитектонически задняя поясная извилина связана с областями Brodmann 23 и 31 .
PCC образует центральный узел в сети мозга, работающей по умолчанию . Было показано, что он одновременно взаимодействует с различными сетями мозга и участвует в различных функциях. [1] Наряду с предклиньем, PCC использовался в качестве нейронного субстрата человеческого сознания в многочисленных исследованиях как анестезированных, так и вегетативных (кома) состояний. Визуализирующие исследования указывают на важную роль PCC в возникновении боли и восстановлении эпизодических воспоминаний. [2] Увеличение размера вентрального PCC связано со снижением производительности рабочей памяти . [3] PCC также активно участвует в качестве ключевой части нескольких внутренних сетей контроля. [4] [5]
Задняя поясная извилина лежит позади передней поясной извилины , образуя часть заднемедиальной коры вместе с ретросплениальной корой (области Бродмана 29 и 30 ) и предклиньем (расположенным сзади и выше ПКК). ПКК вместе с ретросплениальной корой образует ретросплениальную извилину . Задняя поясная извилина граничит со следующими отделами головного мозга: краевой ветвью поясной борозды (сверху), мозолистым телом (снизу), теменно-затылочной бороздой (сзади) и 24- й зоной Бродмана (спереди). [4]
Задняя поясная извилина считается паралимбической кортикальной структурой , состоящей из областей Бродмана 23 и 31 . Как часть паралимбической коры, она имеет менее шести слоев, поэтому ее клеточная архитектура находится между шестислойным неокортексом и более примитивным аллокортексом основных лимбических структур. Это также связано с гиппокампоцентрическим подразделением паралимбической зоны. Цитоархитектура PCC не совсем однородна, вместо этого она содержит отдельные передние и дорсальные субрегионы, которые все чаще понимают как разные по функциям, а также по цитоархитектурной структуре . [4]
У приматов, кроме человека, хорошо известны следующие структурные связи задней поясной извилины: [4]
Как и в других областях заднемедиальной коры, задняя поясная извилина не имеет видимых связей с первичными сенсорными или моторными областями. Таким образом, маловероятно, что он будет участвовать в сенсорной или моторной обработке низкого уровня. [4]
Хотя многие из связей у приматов могут присутствовать и у людей, они менее хорошо документированы. Исследования показали сильные реципрокные связи со структурами памяти медиальной височной доли , такими как энторинальная кора и парагиппокампальная извилина , причем последняя участвует в ассоциативном обучении и эпизодической памяти. [6] У людей PCC также связан с областями, участвующими в эмоциях и социальном поведении, внимании (латеральная интратеменная кора и предклинье ), обучении и мотивации (переднее и латеральное ядра таламуса , хвостатое ядро , орбитофронтальная кора и передняя поясная извилина). ). [5] [7]
Задняя поясная извилина — это одна из наиболее метаболически активных областей мозга, однако единого мнения относительно ее когнитивной роли нет. [4] [5] Мозговой кровоток и скорость метаболизма в PCC примерно на 40% выше, чем в среднем по мозгу. Высокая функциональная связность PCC означает обширные внутренние сети связности (сети областей мозга, участвующих в ряде задач, которые имеют общие пространственно-временные модели активности). [4]
Исследования повреждений задней поясной извилины связывают с пространственной памятью , конфигурационным обучением и поддержанием обучения различительному избеганию . [6] Совсем недавно было показано, что PCC проявляет интенсивную активность при успешном воспроизведении автобиографических воспоминаний (например, о друзьях и семье). В исследовании автобиографических воспоминаний каудальная часть левого PCC была единственной высокоактивной структурой мозга у всех испытуемых. [6] Более того, PCC не проявляет такой же активации во время попытки, но безуспешного восстановления, что подразумевает важную роль в успешном восстановлении памяти (см. ниже: болезнь Альцгеймера ). [6]
Задняя поясная извилина также тесно связана с эмоциональной значимостью. [6] [7] Таким образом, была выдвинута гипотеза, что эмоциональная значимость автобиографических воспоминаний может способствовать силе и последовательности активности PCC при успешном вспоминании этих воспоминаний. [6] Задняя поясная извилина значительно двусторонне активируется эмоциональными стимулами, независимо от валентности (положительной или отрицательной). Это контрастирует с другими структурами лимбической системы, такими как миндалевидное тело , которое, как считается, непропорционально реагирует на отрицательные стимулы, или левый лобный полюс , который активируется только в ответ на положительные стимулы. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что задняя поясная извилина обеспечивает взаимодействие между эмоциями и памятью.
Задняя поясная извилина демонстрирует связь с широким спектром внутренних сетей контроля. Его наиболее широко известная роль — это центральный узел в сети режима по умолчанию (DMN) . Сеть режима по умолчанию (и PCC) очень реактивна и быстро отключается во время задач с внешне направленным или сосредоточенным в данный момент вниманием (например, рабочая память или медитация). [4] [8] И наоборот, DMN активен, когда внимание направлено внутрь (во время эпизодического восстановления памяти, планирования и мечтаний). Неспособность DMN деактивироваться в нужное время связана с плохой когнитивной функцией, что указывает на ее важность для внимания. [4]
В дополнение к сети режима по умолчанию задняя поясная извилина также участвует в дорсальной сети внимания (нисходящий контроль зрительного внимания и движения глаз) и лобно-теменной сети контроля (участвующей в исполнительном управлении моторикой). [4] Кроме того, исследования с помощью фМРТ показали, что задняя поясная извилина активируется во время зрительных задач, когда задействована какая-либо форма денежного стимула, по существу функционируя как нейронный интерфейс между областями, связанными с мотивацией, и нисходящим контролем зрительного внимания. [9] [10]
Взаимосвязь между этими сетями внутри PCC не совсем понятна. Когда активность увеличивается в дорсальной сети внимания и лобно-теменной сети контроля , она должна одновременно уменьшаться в DMN тесно коррелирующим образом. Этот антикоррелированный паттерн указывает на различные различия и важность субрегионов задней поясной извилины. [4]
Принимая во внимание связь PCC с DMN, при которой подавленная активность задней поясной извилины способствует низкому когнитивному самоанализу и более высокому внешнему вниманию, а также повышенной активности, указывающей на восстановление памяти и планирование, была выдвинута гипотеза, что эта область мозга активно участвует в отслеживании внутренних и внешних изменений и в содействии новому поведению или мышлению в ответ. Таким образом, высокая активность будет указывать на продолжение работы с текущим когнитивным набором, тогда как более низкая активность будет указывать на исследование, гибкость и возобновление обучения. [5]
Альтернативная гипотеза больше ориентирована на различие между дорсальной и вентральной субобластями и учитывает их функциональное разделение. В этой модели предполагается, что PCC будет играть главную регулирующую роль в сосредоточении внутреннего и внешнего внимания. Растущее количество доказательств того, что PCC участвует как в интеграции воспоминаний об опыте, так и в инициировании сигнала к изменению поведенческих стратегий, подтверждает эту гипотезу. Согласно этой модели PCC играет решающую роль в контроле состояния возбуждения, широты фокуса и внутреннего или внешнего фокуса внимания. Эта гипотеза подчеркивает, что PCC является динамической сетью, а не фиксированной и неизменной структурой. [4]
Хотя обе гипотезы являются результатом научных исследований, роль PCC до сих пор не совсем понятна, и еще предстоит проделать большую работу, чтобы выяснить степень их достоверности. [4] [5]
На основании исследований нейровизуализации и субъективных описаний было обнаружено, что PCC активируется во время размышлений о себе и деактивируется во время медитации . [11] [12] [13] [14] Используя генеративное топографическое картирование , было также обнаружено, что неотвлекаемое, легкое блуждание ума соответствует деактивации PCC, тогда как отвлеченное и контролируемое осознание соответствует активации PCC. [11] Эти результаты тесно связаны с данными о роли PCC в DMN .
Структурные и функциональные нарушения ПКК приводят к ряду неврологических и психических расстройств. PCC, вероятно, интегрирует и передает информацию в мозге. Следовательно, функциональные нарушения PCC могут представлять собой накопление отдаленных и широко распространенных повреждений головного мозга. [4]
PCC обычно поражается нейродегенеративными заболеваниями. [15] Фактически, снижение метаболизма в PCC было идентифицировано как ранний признак болезни Альцгеймера и часто присутствует до клинического диагноза. [4] Снижение метаболизма в PCC обычно является частью диффузной картины метаболической дисфункции в головном мозге, которая включает структуры медиальной височной доли и переднего таламуса, аномалии, которые могут быть результатом повреждения в изолированных, но связанных областях. [4] Например, Мэгуро и др. (1999) показывают, что экспериментальное повреждение коры носа приводит к гипометаболизму PCC. [16] При болезни Альцгеймера метаболические нарушения связаны с отложением амилоида и атрофией мозга с пространственным распределением, напоминающим узлы сети режима по умолчанию . [4] На ранней стадии болезни Альцгеймера функциональная связь внутри DMN снижается, что влияет на связь между PCC и гиппокампом , и эти измененные паттерны могут отражать генетический статус ApoE (фактор риска, связанный с заболеванием). [4] Было обнаружено, что нейродегенеративные заболевания распространяются по мозгу подобно приону. [4] Например, когда белки амилоид-b и TDP-43 находятся в аномальной форме, они распространяются через синапсы и связаны с нейродегенерацией . [4] Эта передача аномального белка может быть ограничена организацией связей белого вещества и потенциально может объяснить пространственное распределение патологии в DMN при болезни Альцгеймера. [4] При болезни Альцгеймера топология соединения белого вещества помогает прогнозировать атрофические паттерны, [17] возможно, объясняя, почему PCC поражается на ранних стадиях заболевания. [4]
Расстройства аутистического спектра (РАС) связаны с метаболическими и функциональными нарушениями PCC. У людей с РАС наблюдается снижение метаболизма, аномальные функциональные реакции и снижение функциональных связей. [4] Одно исследование показало, что это снижение заметно в PCC. [ необходим неосновной источник ] [18] Исследования показали, что аномалии в реакциях поясной извилины во время межличностного взаимодействия коррелируют с тяжестью симптомов при РАС, а отсутствие деактивации, зависящей от задачи, в PCC коррелирует с общей социальной функцией. [4] Наконец, патологоанатомические исследования показывают, что PCC у пациентов с РАС имеет цитоархитектонические нарушения, включая снижение уровней рецепторов ГАМК А и сайтов связывания бензодиазепинов . [4]
Было высказано предположение, что СДВГ — это расстройство СДМ , при котором нервная система повреждается из-за неконтролируемой активности, что приводит к нарушениям внимания. [19] В метаанализе структурных исследований МРТ Nakao et al. (2011) обнаружили, что у пациентов с СДВГ наблюдается увеличение левого PCC, [20] предполагая, что аномалии развития влияют на PCC. Фактически, функция PCC при СДВГ ненормальна. [4] В DMN функциональная связь снижается, и активность в состоянии покоя используется для диагностики СДВГ у детей. [4] Лечение СДВГ включает прием психостимуляторов, которые напрямую влияют на активность PCC. [4] Другие исследования, посвященные лечению аномалий PCC, сообщают, что PCC может реагировать только на лечение стимуляторами, а эффективность лекарств может зависеть от уровня мотивации. [4] Кроме того, СДВГ связан с геном SNAP25 . У здоровых детей полиморфизм SNAP25 связан с объемом рабочей памяти, измененной структурой PCC и зависимыми от задачи паттернами деактивации PCC при выполнении задачи рабочей памяти. [21]
Аномальная функциональная связь PCC была связана с большой депрессией с разными результатами. В одном исследовании сообщается об увеличении функциональной связи ПКК [22] , в то время как другое показывает, что у нелеченных пациентов функциональная связь между ПКК и хвостатым телом снижается . [23] Другие исследования изучали взаимодействие между PCC и подколенной поясной извилиной ( область Бродмана 25 ), областью мозга, которая потенциально вызывает депрессию. [4] Передний узел DMN частично образован хорошо связанным PCC и областью Brodmann 25 . Эти две области метаболически сверхактивны при резистентной к лечению большой депрессии . [24] Связь между активностью PCC и областью Бродмана 25 коррелирует с руминацией , признаком депрессии. [25] Эта связь между двумя регионами может влиять на реакцию пациентов на лечение. Уже было обнаружено, что в обоих регионах наблюдаются изменения метаболизма после лечения антидепрессантами . Более того, у пациентов, подвергшихся глубокой стимуляции мозга , увеличивается метаболизм глюкозы и мозговой кровоток в PCC, а также наблюдается изменение зоны Бродмана 25 . [4]
Аномальная активность PCC связана с шизофренией , психическим расстройством с общими симптомами, такими как галлюцинации , бред , дезорганизованное мышление и недостаток эмоционального интеллекта . Общим между симптомами является то, что они связаны с неспособностью различать внутренние и внешние события. Два исследования ПЭТ на пациентах с шизофренией показали аномальный метаболизм в PCC. В одном исследовании сообщается, что метаболизм глюкозы снижен у людей с шизофренией [26] , в то время как другое показывает аномальный метаболизм глюкозы, который сильно коррелирует при пульвинаре и PCC. [27] В последнем исследовании взаимодействие таламуса с лобными долями было снижено, что может означать, что шизофрения влияет на таламокортикальные связи. Дальнейшие аномалии в PCC, аномальное связывание NMDA , каннабиноидов и ГАМКергических рецепторов были обнаружены при посмертной авторадиографии людей с шизофренией. [28] Нарушения структуры и связей белого вещества ПКК регистрируются также у больных шизофренией. У пациентов с плохим результатом часто снижается объем PCC. [27] Кроме того, у некоторых пациентов с шизофренией обнаруживаются аномалии белого вещества в поясном пучке , структуре, которая соединяет PCC с другими лимбическими структурами. [29] В исследованиях функциональной МРТ аномальная функция PCC была связана с увеличением и уменьшением функциональной связи. [30] Во время выполнения задачи также наблюдаются ненормальные реакции PCC . [31] Эти отклонения могут способствовать возникновению психотических симптомов у некоторых людей, страдающих шизофренией. Исследования влияния психоделического препарата псилоцибина показывают, что измененное состояние сознания, вызванное этим препаратом, может коррелировать с аномальным метаболизмом и функциональной связностью PCC, а также снижением силы антикорреляций между DMN и лобно-теменная контрольная сеть (FPCN). [32] Поскольку эти сети способствуют внутреннему и внешнему познанию, отклонения в PCC могут способствовать психозу при некоторых типах шизофрении .
После черепно-мозговой травмы (ЧМТ) выявлены нарушения в ПКК. Травмы головы часто приводят к обширному аксональному повреждению , которое отключает участки мозга и приводит к когнитивным нарушениям . Это также связано со снижением метаболизма в PCC. [33] Исследования производительности при выполнении задач на время реакции с простым выбором после ЧМТ [34] показывают, в частности, что структура функциональной связи между PCC и остальной частью DMN может предсказать нарушения ЧМТ. Они также обнаружили, что большее повреждение поясного пучка , который соединяет PCC с передней DMN , коррелирует с устойчивым нарушением внимания. В последующем исследовании было обнаружено, что ЧМТ связана с трудностями при переключении с автоматических на контролируемые реакции. [35] В рамках отдельных задач у пациентов с ЧМТ наблюдалось нарушение двигательного торможения, что было связано с неспособностью быстро реагировать на PCC. В совокупности это позволяет предположить, что неспособность контролировать активность PCC/ DMN может привести к потере внимания у пациентов с ЧМТ .
Появляется все больше доказательств того, что дисфункция PCC лежит в основе многих психических расстройств, возникающих в детском/подростковом возрасте. [36] Кроме того, у пациентов с тревожным расстройством наблюдается связь между повышенной активностью PCC, связанной с угасанием, и большей тяжестью симптомов. [37] Дисфункция PCC также может играть роль в тревожных расстройствах в подростковом возрасте. [38]
Подробную информацию об определениях поясной коры с помощью МРТ на основе атласа мозга Дезикана-Киллиани см.: