大脑扫描揭示了当一个半球被移除时,人类大脑是如何补偿的[视频]

一个大脑半球被切除的成人的fMRI扫描

这张图片显示的是一个成年人的大脑切片,他在童年时期因为癫痫而切除了整个大脑半球。资料来源:加州理工学院脑成像中心

研究人员对6名成年人进行了研究,他们在儿童时期切除了一个大脑半球,以减少癫痫发作。研究人员发现,大脑的剩余部分在不同功能的大脑网络之间形成了异常强大的连接,这可能有助于身体像大脑完好无损一样运转。的案例研究该研究调查了这些大脑半球切除术患者的大脑功能,于今天(2019年11月19日)发表在该杂志上细胞的报道

他说:“我们研究的接受了大脑半球切除术的患者的功能非常高。他们有完整的语言能力;当我把他们放进扫描仪时,我们闲聊了几句,就像我扫描过的成百上千的其他人一样,”第一作者、加州理工学院的博士后Dorit Kliemann说。“当你第一次见到他们时,你几乎可以忘记他们的情况。当我坐在电脑前,看到这些只显示了半个大脑的核磁共振图像时,我仍然感到惊奇,这些图像来自同一个人,我刚刚看到他说话和走路,他选择把他或她的时间用于研究。”

结构磁共振成像(MRI,轴向)显示了一个成年人的大脑从顶部到底部的切片,他在童年时因为癫痫而切除了一个完整的大脑半球。全球半球间的连接仍然完整,但网络之间的连接增加,支持认知,尽管非典型的大脑解剖。资料来源:加州理工学院脑成像中心

研究参与者包括6名儿童大脑半球切除术的成年人和6名对照组,他们被要求躺在功能磁共振成核仪上,放松,并在研究人员跟踪休息时的大脑自发活动时尽量不睡觉。研究人员观察了控制视觉、运动、情绪和认知的大脑区域网络。他们还将加州理工学院脑成像中心收集的数据与大脑基因组学上结构项目(Brain Genomics Superstruct Project)中大约1500个典型大脑的数据库进行了比较。

他们认为,在只有一个大脑半球的人群中,他们可能会在特定网络中发现较弱的连接,因为许多这些网络通常涉及正常大脑人群的两个大脑半球。相反,他们发现了令人惊讶的正常的全球连接——而且比不同网络之间的控制连接更强。

一个大脑半球被切除的成年人的fMRI扫描

这张图片显示的是成年人大脑从顶部到底部的切片,他们在童年时因为癫痫而切除了一个完整的大脑半球。资料来源:加州理工学院脑成像中心

在这项研究中,所有6名参与者都是20多岁到30岁出头,但在接受大脑半球切除手术时,他们的年龄从3个月到11岁不等。他们接受手术的年龄跨度很大,这使得研究人员能够专注于大脑受伤时是如何自我重组的。Kliemann说:“它可以帮助我们检查大脑组织在非常不同的半球切除术患者的情况下是如何可能的,这将使我们更好地了解一般的大脑机制。”

在加州理工学院,由高级研究科学家和首席研究员Lynn Paul领导的半脑切除术研究项目,在Ralph Adolphs的实验室(brenn教授的心理学,神经科学,生物学和yabo124加州理工学院脑成像中心主任)希望复制和扩展这项研究,以便更好地了解大脑如何发展,如何组织自己,以及如何在具有广泛的脑非典型特征的个体中发挥作用。

Kliemann说:“值得注意的是,有些人即使只有半个大脑也能存活,有时很小的脑损伤,比如中风,或创伤性脑损伤,比如自行车事故或肿瘤,都可能造成毁灭性的影响。”“我们正试图理解大脑重组的原理,从而导致补偿。也许最终,这项工作可以提供有针对性的干预策略和不同的结果,以帮助更多的脑损伤患者。”

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参考:Dorit Kliemann, Ralph Adolphs, J. Michael Tyszka, Bruce Fischl, B.T. Thomas Yeo, Remya Nair, Julien Dubois and Lynn K. Paul, 2019年11月19日细胞的报道
DOI:10.1016 / j.celrep.2019.10.067

这项工作得到了脑康复项目:儿童癫痫手术基金会、美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会的支持。

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