Fråga Doktorn

Mest exakta karta över den mänskliga cortex unvelied

Den mest kompletta kartan över hjärnbarken som någonsin ska kartläggas har presenterats den här veckan i Natur . Inte mindre än 97, distinkta, tidigare obeskrivna regioner har hittats.

En karta som visar några av de 180 kortikala regionerna.

Bildkredit: Matthew Glasser, Ph.D., David Van Essen, Ph.D., Washington University

Den cerebrala cortexen - den yttre delen av däggdjurshjärnan - är ett 2-4 mm millimeter tjockt lager av grått material.

Denna tätveckade cellbildning är starkt inblandad i ett antal uppgifter, inklusive uppmärksamhet, minne, uppfattning, medvetenhet, medvetenhet, tanke och språk.

Under det senaste århundradet har neuroscientists delat cortexen i allt mindre mindre delar av diskret funktionalitet.

Även om hjärnan är känd för att fungera, hjälper det väldigt mycket att dela upp det i bitstorlek, vilket bidrar till att förstå hur det kan skapa sådan komplex aktivitet.

Brytforskning ger oss den mest komplexa kartan över hjärnbarken hittills.

Tidiga studier av cortex och försök att förstå organisationen har åberopat enskilda åtgärder - till exempel att undersöka celltyper i postmortem-hjärnor.

Även om dessa studier har tillåtit forskare att beskriva olika områden, har noggrannheten ifrågasatts, och möjligheten att jämföra strukturerna mellan hjärnorna har saknats.

Programvara, skanningar och hjärnkartor

Forskare, som finansieras av National Institute of Health genom sitt Human Connectome Project (HCP), är utformade för att få dessa suddiga bilder av hjärnan till mycket skarpare fokus.

För att utveckla en mer detaljerad bild av kortikala regioner använde de ett antal avancerade tekniker och överlagde dem.

Arbetet utfördes av David Van Essen, Ph.D., och Matthew Glasser, Ph.D., Washington University i St. Louis, MO, och deras kollegor.

Forskarna utvecklade mjukvara som var kapabel att kartlägga områden i hjärnan genom att samla data från ett stort antal icke-invasiva men precis justerade magnetiska resonansbildnings (MRI) hjärnskanningar.

Sammantaget använde de skanningar från 210 friska deltagare. Bildtekniken kartläggde kortikal arkitektur och dess aktivitet, anslutning och topografi. Åtgärder inkluderade cortexmyelinhalt - en fettkomponent som är viktig för signaltransduktion - och tjockleken på cortex. Dessutom gjordes funktionella MR-skanning (fMRI) både under uppgift och i vila.

Att dela upp sinnet

Glasser och hans team letade efter områden i cortex där två eller flera egenskaper förändrades; Dessa blev gränserna på kartan. Han säger: "Om du kryper längs den kortikala ytan, kommer du någon gång till en plats där egenskaperna börjar förändras och där flera oberoende egenskaper förändras på samma plats."

Den bästa kartan över cortex före detta förskott beskrev 83 områden, vilka alla bekräftades av den nya metoden, med tillägg av 97 områden som är helt nya för vetenskapen.

Var och en av de 97 nya regionerna innehåller celler med liknande anslutning, struktur och funktion som skiljer sig från sina grannar.

Resultaten kontrollerades sedan dubbelt med hjälp av ett annat urval av 210 friska deltagare. När programvaran kördes på nya hjärnor visade sig några av de kortikala regionerna vara i något olika positioner eller av subtila olika storlekar hos vissa individer. Programvaran kunde emellertid fortfarande lyckas anpassa sig till dessa ändringar och kartlade dem noggrant.

Förmågan att diskriminera individuella skillnader i lokalisering, storlek och topologi av kortikala områden från skillnader i deras aktivitet eller anslutning bör underlätta förståelse för hur varje egendom är relaterad till beteende och genetiska stöd."
Matthew Glasser, Ph.D.

Kartan har potential att svara, eller åtminstone hjälpa svara, några av de mer esoteriska frågorna som neurovetenskap har att erbjuda om interpersonella skillnader. Frågor som rör interpersonella skillnader, och till exempel intellektuella och kreativa förmågor.

Nedan är en kort video, producerad av Natur , Som kortfattat förklarar de nya resultaten:

Framtiden för hjärnkartor

Ingenting är perfekt, naturligtvis, och kartan har vissa begränsningar. Som ett exempel har det lite att säga om hjärnans biokemiska aktivitet eller aktiviteten hos enskilda neuroner inom dessa nyligen definierade områden.

Rex Jung, en neuropsykolog vid University of New Mexico i Albuquerque, pratade med Natur Om den kortikala kartan, säger han: "Det är analogt med att ha en fantastisk Google Earth-karta över ditt grannskap, ner till din individuella bakgård. Men du kan inte riktigt se hur dina grannar rör sig, var de går eller vilken sort Av de jobb de har."

Bristerna åt sidan, den nya kartan och den tillhörande mjukvaran är verkligen ett stort steg framåt. Glasser planerar inte att stanna här heller. Han säger: "Vi tänker på detta som version 1.0. Det betyder inte att det är den sista versionen, men det är en mycket bättre karta än de vi tidigare haft."

Forskarna förutspår att varje av de indelningar hittills identifierade kommer sannolikt att delas upp i allt mindre sub-sektioner, eftersom instrumentets känslighet förbättras.

Lär dig om användningen av hjärnskanningar för att kunna förutse när koma patienter kommer att vakna.