切除一側大腦半球後,剩餘大腦將如何補償?|Cell Reports

2021-01-20 科研圈

一項研究發現，兒童時期接受大腦半球切除術的個體成年後，剩餘大腦半球中各部分之間的聯繫遠超一般水平，從而得以實現原本需要整個大腦才能實現的功能。


圖片來源：CALTECH BRAIN IMAGING CENTER


來源 Cell Press

翻譯 胡琦琳

審校 戚譯引


研究人員研究了 6 個童年時期因癲癇接受大腦半球切除術的成年人，發現他們剩餘的大腦中各部分之間的聯繫遠超一般水平，從而可能實現原本需要整個大腦才能實現的功能。這項調查大腦半球切除術後大腦功能的研究於 11 月 19 日在 Cell Reports 發表。


「我們所研究的切除大腦半球患者的大腦功能非常強大。他們有完整的語言能力，讓他們進入掃描儀之前，我們進行了簡短的交流，（他們的表現）和我之前掃描過的數百人沒什麼區別。」本研究第一作者、加州理工學院博士後研究員 Dorit Kliemann 說，「你第一次見到他們的時候，你甚至會忘記他們的身體狀況。當我坐在電腦前，看到這些只顯示半個大腦的 MRI 圖像時，我還是感到非常驚訝。這些照片居然是來自剛才在我面前說話、走動的那群人，並且他們選擇投入自己的時間為研究做貢獻。」


研究參與者包括 6 名在童年時期接受過大腦半球切除術（hemispherectomy）的成年人和 6 名對照組。他們被要求躺在 fMRI 掃描儀中，放鬆並儘量保持清醒，與此同時研究人員追蹤他們休息時的大腦即時活動。研究人員觀察了大腦中控制視覺、運動、情感以及認知區域的網絡。他們還與加州理工學院腦成像中心（Caltech Brain Imaging Center）收集到的大約 1500 組典型大腦的資料庫進行了對比。


他們原本認為可能會在這些僅有一個大腦半球的人群的大腦裡發現較弱的連接，因為在普通人的大腦中，這些網絡通常是兩個大腦半球之間的連接。但與此相反，他們居然在這個人群中發現了正常情況下全腦的連接，而且比對照組大腦中的連接更強。


研究開展期間，6 名參與者的年齡都在 20 多歲至 30 歲出頭，但他們接受大腦半球切除術的年齡分布在 3 個月至 11 歲之間。他們接受手術的年齡範圍很廣，這讓研究者得以深入地研究大腦受傷後如何自我重組。「這項研究可以幫助我們分析在差異巨大的大腦半球切除術患者身上，大腦組織怎樣進行重組，這也有助於我們更好的理解一般的大腦機制。」 Kliemann 說。


接下來，加州理工學院大腦半球切除術研究項目（hemispherectomy research program）計劃重複並擴展這項研究，希望能更好地理解大腦在各種非典型性個體中如何發育、自我重構以及實現其功能。該項目由資深研究科學家、主要研究者（PI）Lynn Paul 領導，她任職於心理學、神經科學和生物學 Bren 紀念教授、加州理工大腦成像中心主任 Ralph Adolphs 的實驗室。


「值得關注的是，有時候很小的大腦損傷都會產生毀滅性的影響，例如中風、自行車事故或腫瘤引起的腦損傷，而有些人僅有半個大腦也能正常生活。」 Kliemann 說，「我們嘗試著理解產生補償機能的大腦重組機制。在未來，這項研究或許可以提供針對性的幹預策略和不同的結果，以幫助更多的腦損傷患者。」



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論文信息


【標題】Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemisphere

【作者】Dorit Kliemann, Ralph Adolphs, J. Michael Tyszka, Bruce Fischl, B.T. Thomas Yeo, Remya Nair, Julien Dubois, Lynn K. Paul

【期刊】Cell Reports

【時間】NOVEMBER 19, 2019

【DOI】10.1016/j.celrep.2019.10.067

【連結】https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2211124719313816 

【摘要】A reliable set of functional brain networks is found in healthy people and thought to underlie our cognition, emotion, and behavior. Here, we investigated these networks by quantifying intrinsic functional connectivity in six individuals who had undergone surgical removal of one hemisphere. Hemispherectomy subjects and healthy controls were scanned with identical parameters on the same scanner and compared to a large normative sample (n = 1,482). Surprisingly, hemispherectomy subjects and controls all showed strong and equivalent intrahemispheric connectivity between brain regions typically assigned to the same functional network. Connectivity between parts of different networks, however, was markedly increased for almost all hemispherectomy participants and across all networks. These results support the hypothesis of a shared set of functional networks that underlie cognition and suggest that between-network interactions may characterize functional reorganization in hemispherectomy.

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