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首张人类小脑图谱揭示:小脑不“小”还很强大

时间: 2020年08月05日 | 作者: Admin | 来源: ​中国生物技术网
来自美国圣地亚哥州立大学(SDSU)的研究团队,对小脑的“小”这一术语提出了质疑。该研究团队用证据表明:小脑真的不“小”。

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众所周知,我们每个人都有大脑和小脑,但我们好像总在谈论大脑,而遗忘了后脑勺的小脑。其实,小脑真的不简单,它甚至在拉丁语中被称为“小大脑”。“小大脑”位于靠近脑干的位置,在后脑皮层的下面。


然而,近日发表在《美国国家科学院院刊(PNAS)》上一项新研究,来自美国圣地亚哥州立大学(SDSU)的研究团队,对小脑的“小”这一术语提出了质疑。该研究团队用证据表明:小脑真的不“小”。



其实,小脑一直在扮演着多功能的角色,它对我们的五种感官以及疼痛、运动、思维和情感都做出了贡献。


小脑本质上有如一张平坦的绉布,被成百上千次褶皱后形成一个团,以使它能“蜷缩”在大约八分之一大脑皮层的紧凑体积中。因此,比起大脑皮层的表面积,小脑的表面积被认为要小得多。


真的是这样吗?科学结论向来不能想当然。


为了计算小脑的表面积,该研究团队通过使用一台超高场9.4-T的磁共振扫描仪扫描了一个女性的小脑标本,并使用定制软件处理生成的图像。


SDSU的一位神经成像专家发现,紧密堆积的褶皱实际上包含的表面积是大脑皮层表面积的80%。相比之下,猕猴的小脑皮层约为大脑的30%。


图片来源:PNAS


研究通讯作者、SDSU核磁共振成像中心主任、心理学教授和认知神经科学家Martin Sereno领导的团队发现小脑比以前所了解的要大得多,这使未来的研究有了新的方向。


Sereno说:“小脑的表面积其实很大,这说明了人类行为和认知能力的独特演化。它延展开后是如此之大,以至于折叠形式非常复杂。”



前所未有的洞察力


Sereno与来自英国、荷兰和加拿大的影像学和小脑专家合作,使用了他最初在加州大学圣地亚哥分校与同事开发的定制开源FreeSurfer软件来计算重建小脑的褶皱表面。该软件还可以展开和平铺小脑皮层,以便将其可视化到单叶水平(如下图)。


图片来源:PNAS


Sereno利用功能性磁共振成像来窥探小脑中的情况。他发现,当小脑完全展开时,会形成一张长3英尺(0.91米)宽4英寸(0.1米)的奇怪“绉布”。


Sereno说:“此前,我们对它的样子只有粗略的模型。现在我们有了一幅完整的小脑地图,可以清楚地观察到小脑的表面表征,就像地图上的城市、州和县一样。”



拼图


先前的研究发现,虽然大脑皮层和小脑之间有很多相似之处,但有一个关键的区别。在大脑皮层中,代表身体不同部位的功能区域大致像它们在实际体内那样排列。但在小脑中,它们的位置更加随机化。


Sereno解释道:“你会在肩膀或脸旁看到一小块嘴唇,就像是乱七八糟的拼图。因此,我们要将小脑的这些吸收和协调来自不同身体部位的信息重新排列拼合。”


Sereno说,令人感兴趣的是,在小脑的认知部分可能存在类似的“解剖结构”,可以帮助支持高度复杂的认知功能,如语言或抽象推理。当你想写一篇科学论文或解释一个概念而需要用到认知能力时,你必须从许多不同的来源获取信息。小脑就是这样组织的。


到目前为止,小脑被认为主要参与诸如运动一类的基本功能,但随着时间的推移,它的延展性及其从皮层中参与认知输入的新信息表明,它也可以处理像数学方程这样的高级概念。


Sereno说:“现在,我们有了第一张人类小脑的高分辨率图,这将让这一研究领域有了更多可能性。”


Sereno补充道:“这个‘小大脑’是万能的,因此,绘制小脑图谱将是下一个十年有趣的新领域。”