小脑的表面积远超人们想象
作者: mints 编译 / 787次阅读 时间: 2020年9月03日
标签: 小脑
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如果某个人的思维特别敏捷,那么这部分可能要归功于我们壮大的小脑,这也是人类和其他类人猿之间的区别。

小脑位于脑干附近,在后脑皮层下面。圣地亚哥州立大学的一项新研究表明“小脑”其实很大。

小脑扮演一个多功能的角色,有助于我们的五官以及疼痛、运动、思想和情感

它本质上是一块薄薄的薄纱,褶皱成了成百上千层之后,其体积大约为大脑皮层体积的八分之一。因此,单从体积的直观上,会认为小脑的表面积比大脑皮层的面积小很多。

圣地亚哥州立大学神经成像专家通过使用超高场9.4T核磁共振成像机扫描大脑,并使用定制的软件处理得到了小脑的折叠图像,他们发现,这些紧密堆积的褶皱的纠正表面积比先前报道的要大得多,达到了1590平方厘米,相当于大脑新皮层总表面积的78%。相比之下,猕猴的小脑大约是大脑皮层的33%。

人类小脑的冠状高分辨率图像。左上,右上重建小脑的灰/白质。左下为长短扫描叠加图。右下图,黄色为灰白质(黄色)和软脑膜(绿色)表面。Martin I. Sereno et al, The human cerebellum has almost 80% of the surface area of the neocortex, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2002896117

“小脑表面积如此之大,这说明了人类行为和认知能力的独特进化过程,”心理学教授、认知神经科学家、圣地亚哥州立大学核磁共振成像中心主任Martin Sereno说,“它膨胀得如此之大,以至于折叠模式非常复杂。”

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软件重建并计算了小脑表面的折叠面积。该软件还可以展开、压平小脑皮层,以便让每个单独叶面的水平面(或者说是薄的叶状褶皱)实现可视化。

小脑切片,以及折叠、膨胀、扁平的小脑表面,都在同一比例。从左上角开始,对切片图像进行细分,并展开、切割(右上角)和展平生成的曲面。每个表面显示两次,首先用自由曲面平均凸度(“sulc”,标记小叶)进行颜色编码,然后按局部曲率(“curv”标记更小的叶)。

Sereno是脑成像领域的先驱,他利用功能磁共振成像技术揭示了大脑中的视觉地图,他发现当小脑完全展开时,它会形成一个10厘米宽1米长的奇怪的“绉织物”。这项发现发表在PNAS(美国国家科学院院刊)上。

Sereno说:“到目前为止,我们根据粗略的模型获得小脑的完整地图或表面地图,它看起来就像是城市、州和县。”


独特的拼图

先前的研究发现,虽然大脑皮层和小脑之间有许多相似之处,但有一个关键的区别。不同的身体部位在大脑皮层中表征的位置和排列方式大致与身体的实际情况相似,而且并列有序。但是,小脑中的对应部分的位置是随机的。

Sereno解释说:“你会在肩膀或脸的旁边看到一小块嘴唇,就像是乱七八糟的拼图。”

因此,小脑的这些部位搭建的方式就像是从身体不同部位拉过来并相互协调的和坐标信息。

Sereno说,令人感到有趣的是,在小脑的认知部分,可能存在类似于“分裂的躯体分布(fractured  somatotopy)”的现象,即,身体上的连续在小脑中是离散和分裂的。不过,这种状况可以协助、并支持高度复杂的认知功能,例如语言或抽象推理。

“当你想到写一篇科学论文或解释一个概念所需要的认知时,你必须从许多不同的来源拉取信息。小脑就是这样搭建的。”

我们现在依然认为,小脑主要参了和运动有关的一些基本功能,但是随着小脑研究的扩增,以及与认知的皮层区域有关的新研究表明,小脑还可以处理高级概念,例如数学方程式。

人类小脑软脑膜表面重建,右后上方视角。

Sereno说:“现在,我们有了第一张人类小脑的高分辨率基础图,研究人员有极有可能开始填充一堆复杂的输入信息,这些信息来自大脑皮层的许多不同部分,而且,这些信息比以往任何时候都更为详细。”。

例如,最近有证据表明小脑受损的人很难处理情绪

Sereno说:“毫无疑问,这部分小小的脑袋是各行各业的高手。”绘制小脑的图谱将是下一个十年有趣的新领域。”

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