为什么绘制小脑–前额叶皮层电路很重要

心理健康 2021年4月19日

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小脑(拉丁语为“小脑").小脑的意思是“与小脑有关".

来源:Wikimedia Commons

上周，我写了一篇博客文章，回顾了我的神经科学家父亲理查德·伯格兰德(Richard Bergland，1932-2007年)的想法，并在2000年代初创建了裂脑模型，我们称之为“上脑-下脑".基于此模型，在运动中避免“分析瘫痪"的关键是“放松"前额叶皮层的智力机制，并使小脑束缚住局面.我在2007年6月12日发布的《运动员之道》中包含了这种裂脑模型的整页图.

可悲的是，我父亲在这本书出版后不久因心脏病去世.在他去世后，我发誓要继续努力找出神秘的“小脑子"做什么，以纪念我父亲，父亲总是说:“我们不知道小脑到底在做什么；但是无论如何在做，它在做很多事情."

红色的前额叶皮层(PFC).

来源:Wikimedia Commons

在2009年左右，我开始意识到，理解“思维大脑"(大脑)和“非思维大脑"(小脑)之间相互作用的关键不是这些大脑区域的位置，而是更多关于大脑之间区域的位置.脑半球和小脑半球之间的半球功能连接以及每个半球内微区之间的半球内部连接.

正如您在我于2009年绘制的基本脑图(下图)中所看到的那样，左脑半球与右小脑半球一起控制身体的右侧，反之亦然.

Photo and illustration by Christopher Bergland (circa 2009)

这张大脑图说明了大脑半球和小脑半球如何协同工作以通过小脑-小脑电路优化全脑功能.

来源:克里斯托弗·伯格(Christopher Bergland)的照片和插图(2009年左右)

自从十年前绘制这张“速8"大脑图以来，我一直在努力争取科学进步，这将有助于解释为什么“缩小四个大脑半球之间的差距"很重要.在2018年，我报道了麻省理工学院McGovern脑科学研究所和哈佛医学院麻省总医院的Xavier Guell，John Gabrieli和Jeremy Schmahmann在小脑大脑映射方面取得的突破. (请参阅“映射人类小脑重构全脑功能")

小脑脑皮质回路调节ASD相关行为

本月，另一项开创性研究提供了新的见解和新的详细地图，这些图说明了右小脑半球中称为"Rcrus1"和小脑mis骨(夹在小脑左右半球之间)的微区是如何工作的.与内侧前额叶皮层(mPFC)结合使用.该论文(Kelly，Meng，Fujita等人，2020年)于7月13日发表在《自然神经科学》上.

Image credited to UT Southwestern Medical Center

该图显示了小脑的大脑皮层回路介导自闭症谱系障碍相关行为；具体而言，Rcrus1的调节会影响社会行为，而后ver的调节会影响重复性行为和行为灵活性. UTSW研究人员在《自然神经科学》的最新研究中报告了这些发现.

来源:图片归功于UT西南医学中心

正如您在上方的大脑图中所看到的，UT西南医学中心的研究人员发现，这种小脑小脑回路似乎在小鼠的社交行为，重复性行为和行为灵活性中起着至关重要的作用.小鼠中与自闭症相关的行为反映了人类的ASD行为.正如作者解释的那样，“小脑功能障碍已在自闭症谱系障碍(ASD)中得到证实；但是，小脑对ASD相关行为的贡献所依据的回路仍然未知." (请参阅“小脑小脑电路提醒我们:知道还不够")

“在这项研究中，我们证明了小鼠小脑与内侧前额叶皮层(mPFC)之间的功能连接；表明mPFC介导了小脑调节的社交和重复/不灵活的行为，"作者写道. “我们划定了从小脑皮质区域右小腿1(Rcrus1)和后ver经过小脑核和腹膜丘脑并在mPFC中达到顶点的回路."

资深作者彼得·蔡(Peter Tsai)及其同事的先前研究表明，抑制小脑Rcrus1区的Purkinje细胞活性可改变小鼠的社交，重复和不灵活的行为.相反，他们还发现，刺激该区域可以挽救与ASD相关的小鼠模型中的典型社交行为.

对于最新的研究(2020年)，蔡和他的合著者使用了经过基因改造的基因敲除浦肯野细胞活性的小鼠.有趣的是，研究人员发现，当小脑的浦肯野细胞活性降低时，前额叶皮层的神经活性就会增加.更具体地说，他们发现Rcrus1活性降低与mPFC活性升高有关.

值得注意的是，当研究人员抑制(即“放松")这些基因工程小鼠的前额叶皮层活动时，它们的社交障碍和重复/不灵活的行为都会得到改善.

通过跟踪与小脑-前额叶皮层回路相关的自闭症相关行为，研究人员还发现，来自后部和小脑的rCrus1区的神经回路在前额叶皮层中会聚.作者写道:“这种电路的调节引起社会缺陷和重复行为，而激活Rcrus1和后后ver中的Purkinje细胞(PC)分别改善了雄性PC-Tsc1突变小鼠的社会偏好障碍和重复/不灵活的行为，"作者写道.论文摘要.

蔡在新闻稿中说:“这些地区中的每个地区都可能在ASD的潜在未来疗法中发挥关键作用." “就像电工一旦了解了房屋的布线图就可以修理房屋的布线一样，这些发现为我们提供了改善ASD电路故障功能的潜在希望."

这项开创性的小鼠研究提出了一种可能性，即有一天，针对rcrus1和小脑ver部区域与前额叶皮层相连的脑小脑回路设计的疗法可以改善人类与ASD相关的行为.

参考

Elyza Kelly，Fangtao Meng，Hirofumi Fujita，Felipe Morgado，Yasaman Kazemi，Laura C. Rice， Chongyu Ren，Christine Ochoa Escamilla，Jennifer M.Gibson，Sanaz Sajadi，Robert J.Pendry，Tommy Tan，Jacob Ellegood，M.Albert Basson，Randy D.Blakely，Scott V.Dindot，Christelle Golzio，Maureen K.Hahn，尼古拉斯Katsanis，Diane M.Robins，Jill L.Silverman，Karun K.Singh，Rachel Wevrick，Margot J.Taylor，Christopher Hammill，Evdokia Anagnostou，Brad E.Pfeiffer，Catherine J.Stoodlety，Jason P.Lerch，Sascha du Lac彼得·T·蔡. “通过小脑-前额叶皮层回路调节与自闭症相关的行为." Nature Neuroscience (首次发布:2020年7月13日)DOI:10.1038/s41593-020-0665-z