Sebab Memetakan Perkara Cerebellum – Prefrontal Cortex Circuitry

Kandungan

• Litar Cerebellar Cerebro-Cortical Mengatur Kelakuan yang Berkaitan ASD

Minggu lalu, saya menulis catatan blog yang menceritakan bagaimana bapa ahli sains saraf saya, Richard Bergland (1932-2007), dan saya membuat model otak terbahagi pada awal tahun 2000-an yang kami sebut "otak otak ke bawah." Berdasarkan model ini, kunci untuk mengelakkan "kelumpuhan oleh analisis" dalam sukan adalah untuk "melepaskan" mesin intelektual korteks prefrontal dan membiarkan otak kecil mengambil alih kendali. Saya memasukkan gambar rajah penuh model otak berpecah belah ini di Jalan Atlet, yang diterbitkan pada 12 Jun 2007.

Tragisnya, ayah saya meninggal dunia akibat serangan jantung sejurus selepas tarikh buku ini. Selepas kematiannya, saya bersumpah bahawa saya akan terus berusaha mencari tahu apa yang dilakukan oleh "otak kecil" misteri untuk menghormati ayah saya yang selalu berkata: "Kami tidak tahu dengan tepat apa yang dilakukan otak kecil; tetapi apa pun itu melakukan, ia banyak melakukannya. "

Sekitar tahun 2009, saya mula menyedari bahawa kunci untuk memahami interaksi antara "otak berfikir" (serebrum) dan "otak tidak berfikir" (cerebellum) adalah kurang mengenai lokasi kawasan otak ini dan lebih banyak lagi mengenai fungsi antara hemisfera hubungan antara kedua-dua belahan otak dan kedua-dua belahan otak dan juga hubungan intra-hemisfera antara mikrozon dalam setiap hemisfera.

Seperti yang dapat anda lihat di peta otak dasar (di bawah) yang saya lukis pada tahun 2009, hemisfera serebrum kiri berfungsi dengan hemisfera serebral kanan untuk mengawal bahagian kanan badan dan sebaliknya.

Sejak saya membuat peta otak "Super 8" ini lebih dari satu dekad yang lalu, saya telah membuat antena saya untuk kemajuan saintifik yang akan membantu menjelaskan mengapa "merapatkan jurang" antara keempat-empat otak ini. Pada tahun 2018, saya melaporkan kejayaan dalam pemetaan otak otak oleh Xavier Guell, John Gabrieli, dan Jeremy Schmahmann dari Institut Penyelidikan Otak McGovern di MIT dan Hospital Umum Massachusetts di Harvard Medical School. (Lihat "Memetakan Rangka Bentuk Otak Manusia Seluruh Otak")

Litar Cerebellar Cerebro-Cortical Mengatur Kelakuan yang Berkaitan ASD

Bulan ini, satu lagi kajian canggih memberikan pandangan baru dan peta terperinci baru yang menggambarkan bagaimana zon mikro di hemisfera cerebellar kanan yang disebut "Rcrus1" dan vermis cerebellar (yang terjepit di antara hemisfera kiri dan kanan otak kecil) berfungsi bersamaan dengan korteks prefrontal medial (mPFC). Makalah ini (Kelly, Meng, Fujita, et al., 2020) diterbitkan pada 13 Julai pada Neurosains Alam .

Seperti yang anda lihat di peta otak mereka di atas, para penyelidik Pusat Perubatan Southwestern UT mendapati bahawa litar cerebro-cerebellar ini nampaknya memainkan peranan penting dalam tingkah laku sosial, tingkah laku berulang, dan kelenturan tingkah laku pada tikus. Tingkah laku autisme yang berkaitan pada tikus ini menunjukkan tingkah laku ASD pada manusia. Seperti yang dijelaskan oleh penulis, "Disfungsi serebelar telah ditunjukkan dalam gangguan spektrum autisme (ASD); namun, rangkaian yang mendasari sumbangan cerebellar terhadap tingkah laku yang berkaitan dengan ASD tetap tidak diketahui." (Lihat "Litar Cerebro-Cerebellar Mengingatkan Kami: Mengetahui Tidak Cukup")

"Dalam kajian ini, kami menunjukkan hubungan fungsional antara cerebellum dan medial prefrontal cortex (mPFC) pada tikus; menunjukkan bahawa mPFC memediasi perilaku sosial dan berulang-ulang / tidak fleksibel yang diatur cerebellum," tulis penulis. "Kami menggambarkan rangkaian dari kawasan kortikal serebelum kanan crus 1 (Rcrus1) dan vermis posterior melalui nukleus cerebellar dan thalamus ventromedial dan memuncak dalam mPFC."

Penyelidikan sebelumnya oleh pengarang kanan Peter Tsai dan rakan-rakan menunjukkan bahawa menghalang aktiviti sel Purkinje di wilayah Rcrus1 otak kecil mengubah tingkah laku sosial, berulang, dan tidak fleksibel pada tikus.Sebaliknya, mereka juga mendapati bahawa merangsang kawasan ini menyelamatkan tingkah laku sosial yang tipikal dalam model tetikus yang berkaitan dengan ASD.

Untuk kajian terbaru mereka (2020), Tsai dan pengarang bersama menggunakan tikus yang telah direkayasa secara genetik untuk melumpuhkan aktiviti sel Purkinje. Menariknya, para penyelidik mendapati bahawa apabila aktiviti sel Purkinje di cerebellum berkurang, aktiviti saraf di korteks prefrontal meningkat. Lebih khusus lagi, mereka mendapati bahawa penurunan aktiviti Rcrus1 dikaitkan dengan peningkatan aktiviti mPFC.

Terutama, apabila para penyelidik menghalang aktiviti korteks prefrontal (iaitu, "tidak ditutup") pada tikus yang direkayasa secara genetik ini, kemerosotan sosial mereka dan tingkah laku berulang / tidak fleksibel bertambah baik.

Dengan mengesan tingkah laku yang berkaitan dengan autisme yang berkaitan dengan litar kortikal cerebellar-prefrontal, para penyelidik juga mendapati bahawa rangkaian saraf dari vermis posterior dan rCrus1 kawasan cerebellum berkumpul di korteks prefrontal. "Modulasi rangkaian ini menyebabkan defisit sosial dan tingkah laku berulang, sedangkan pengaktifan sel Purkinje (PC) di Rcrus1 dan vermis posterior meningkatkan gangguan preferensi sosial dan tingkah laku berulang / tidak fleksibel, masing-masing, pada tikus mutan PC-Tsc1 lelaki," penulis menulis dalam abstrak kertas itu.

"Setiap wilayah ini dapat memainkan peranan penting dalam terapi masa depan yang berpotensi untuk ASD," kata Tsai dalam siaran berita. "Sama seperti juruelektrik dapat memperbaiki pendawaian rumah setelah dia memahami rajah pendawaian, penemuan ini memberi kita harapan yang berpotensi untuk meningkatkan aktiviti tidak berfungsi di litar yang terlibat dalam ASD."

Penyelidikan tikus perintis ini menimbulkan kemungkinan bahawa suatu hari nanti, terapi yang dirancang untuk mensasarkan rangkaian cerebro-cerebellar yang menghubungkan kawasan rCrus1 dan vermis cerebellum dengan korteks prefrontal dapat meningkatkan tingkah laku yang berkaitan dengan ASD pada manusia.