强大的中脑连接性可能是引起关注的关键

                                                                       

根据印度科学研究所中心(IISc)的家的一项新研究,先前未被充分研究的称为上丘(SC)的中脑区域可能在力集中方面起着至关重要的作用.研究结果于9月6日发表在《美国国家科学院院刊》上.

从历史上看,额叶内的前脑机制已被广泛研究为在视觉空间注意力中发挥作用.但是,直到现在,中脑区域可能在注意力中扮演的角色还没有得到充分的探索,这些神秘的中脑机制一直未被关注.

对于这项开创性的非侵入性大脑研究,IISc神经科学中心助理教授Devarajan Sridharan和他的博士学位之一.学生Varsha Sreenivasan绘制了人类大脑皮层中脑区域与大脑皮层两个半球中的新皮质区域的结构连通性.

值得注意的是,研究人员发现,这些连接的强度强烈预示了某人视觉注意力的稳健性.

作为该实验的第一步,Sreenivasan和Sridharan基于SC与大脑皮层各个皮质区域的白质连通性,对“左脑-右脑"之间的半球不对称性进行了量化.通常,他们发现与左半球大脑皮层的SC连接性更强.

Cortex 在拉丁语中意为“一棵树的树皮".几个世纪以来,神经科学家将大脑皮层与更高的大脑功能(例如语言,逻辑,,决策和创造力)相关联.神经科学家直到最近才开始探索中脑区域(如上丘)如何与大脑“树皮"的各个部分相互作用,大脑的“树皮"包含大脑的灰色(或英式英语中的“灰色")物质.

"Sreenivasan在一份声明中解释说:" SC是一种进化保守的中脑结构,可以在所有脊椎动物中找到,包括鱼,蜥蜴,鸟类和哺乳动物.通常研究其在控制眼球运动中的作用. >
当研究人员分析他们的人体实验结果时,他们注意到与大脑皮层一部分称为顶叶皮层的健壮的SC中脑连通性;先前对猴子的研究将这些区域与视觉注意力联系在一起.

这些最新发现(2019年)在人类中的发现以及先前的动物研究表明,人类SC中脑区域在选择性注意视觉提示方面可能发挥进化上保守的作用.

10.1073/pnas.1902704116
上腔囊(SC)与皮质的连接表面图.与左半球皮质之间更强的卓越SC连接性. (A,顶部)阈值表面贴图(在对象之间平均),显示了与SC的连接权重皮质上的体素分布. (左和右)分别为左半球和右半球. (顶部和底部):分别为侧面视图和内侧视图.
来源:Sreenivasan和Sridharan,PNAS,2019 DOI:10.1073/pnas.1902704116

从本研究的神经影像中可以看到(上图),SC与大脑皮层的连通性在左右大脑半球之间表现出明显的侧向性.

在论文的讨论部分,作者总结的问题多于答案.斯里达拉恩(Sridharan)和斯雷尼瓦桑(Sreenivasan)写:

“总的来说,我们对结构-行为关系的发现激发了有关白质可塑性及其引起注意的其他关键问题.受试者能否学会选择性地调节注意力的一个组成部分,而不是另一个?这样的学习会在特定的联系上产生结构性变化吗?神经刺激引起的结构可塑性反过来又只能改变注意力的两个组成部分之一吗?解决这些问题可以为大脑选择性注意的关键机制提供更深入的见解."

在不久的将来,Sridharan和Sreenivasan计划使用功能磁共振成像(fMRI)研究SC的活动,以了解它们是否能够识别在视觉注意力任务期间激活的特定大脑区域中血氧水平的升高.

“通过功能性磁共振成像,我们将调查SC的活动是否与敏感性和偏倚的行为度量相关.我们的方法还可以帮助理解SC皮质连接不对称是否可以预测某些注意力障碍,例如ADHD," Sreenivasan说.

博主的笔记:作为20世纪神经科学家Richard Bergland(1932-2007)的儿子,他在1980年代撰写了《 The Fabric of Mind》.围绕着有关“左脑-右脑",大脑皮层,白质功能连接性和灰质体积的讨论.

不幸的是,我父亲这一代的神经科学家常常忽视并低估了皮层下大脑区域和小脑(拉丁语为“小脑").退休后,爸爸肩负着将人类小脑放在舞台上的使命.

在21世纪初,我和父亲创建了一个裂脑模型(上下大脑),将聚光灯从近视转向了大脑皮层区域和“"侧向化大脑皮层.

Illustration and photo by Christopher Bergland circa 2009.
来源:克里斯托弗·贝格兰(Christopher Bergland)的插图和照片,2009年左右.

2009年,我笨拙地用Sharpie标记笔和荧光笔绘制了一张大脑图,试图说明所有四个大脑半球之间功能连接的重要性,并将中脑定位为关键的“桥梁".

自从10年前绘制这张简单的数字彩色地图以来,我一直在努力进行新的研究,这可能会填补为什么这张地图可能具有“所有四个大脑半球协同工作"的空白“意义.

可以这么说,我今天早上读到Sreenivasan和Sridharan的新研究时,看到他们的大脑图,想到的第一件事就是我的“受过教育的猜测"大脑图也显示了中脑连接.例如,白色物质区由穿过中脑的“超级八号"中的黄色和绿色双向小行星视频游戏箭头表示.

关于中脑与大脑皮层的连接和注意力的最新研究(2019年)没有探索(或提及)小脑.就是说,作为一位科学记者,我一直关注神经科学趋势的脉搏,似乎越来越多的同行评审期刊发表有关大脑和小脑左右半球之间功能连接重要性的研究.

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参考

Varsha Sreenivasan和Devarajan Sridharan. “皮层下的连通性与注意力对空间选择偏向的影响选择性相关." 美国国家科学院院刊(PNAS)(首次发布:2019年9月6日)DOI:10.1073/pnas.1902704116

                       

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