发布时间: 2020-08-05 10:04
为什么绘制小脑-前额叶皮层电路图很重要
类似自闭症的行为是由根植于小脑的大脑回路所调节的。
上周，我写了一篇博文，回顾了我的神经学家父亲理查德·伯格兰（Richard Bergland，1932-2007）和我在21世纪初创建了一个分裂的大脑模型，我们称之为“上大脑下大脑”。基于这个模型，在运动中避免“通过分析而瘫痪”的关键是“解开”前额叶皮层的智力机制，并让小脑控制一切。我在2007年6月12日出版了一张整版的《运动员之路》的分裂大脑模型图。
可悲的是，我父亲在这本书的酒吧约会后不久就死于心脏病发作。在他死后，我发誓我会继续努力弄清楚这个神秘的“小脑袋”是做什么的，以纪念我的父亲，他总是说：“我们不知道小脑到底在做什么；但不管它在做什么，它在做很多事情。”
2009年前后，我开始意识到理解“思考的大脑”（大脑）和“非思考的大脑”（小脑）之间相互作用的关键不在于这些大脑区域的位置，而在于两个大脑半球和两个小脑半球之间的功能连接，以及每个半球内的微区之间的半球内连通性。
正如我在2009年绘制的初步大脑地图（下图）中所示，左大脑半球和右小脑半球共同控制着身体的右侧，反之亦然。
自从十多年前我绘制了这张“超级8”大脑地图以来，我一直密切关注科学进步，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。2018年，我报道了麻省理工学院麦戈文脑研究所（McGovern Institute for brain Research）和哈佛医学院（Harvard Medical School）马萨诸塞州总医院（Harvard Medical School's Massachusetts General Hospital）的泽维尔·盖尔（Xavier Guell）、约翰·加布里利（John Gabrieli）和杰里米·施马。（参见“绘制人类小脑重构整个大脑功能”）
小脑-大脑皮层回路调节ASD相关行为
本月，另一项突破性的研究提供了新的见解和新的详细地图，说明了右小脑半球的一个叫做“Rcrus1”的微区和小脑蚓部（夹在小脑左右半球之间）如何与内侧前额叶皮质（mPFC）协同工作。本文（Kelly，Meng，Fujita，et al.，2020）发表在7月13日的《自然神经科学》上。
正如你在上面的大脑地图上所看到的，犹他州西南医学中心的研究人员发现，大脑-小脑回路似乎在老鼠的社交行为、重复行为和行为灵活性中起着至关重要的作用。这些与自闭症相关的老鼠行为反映了人类的自闭症行为。正如作者所解释的那样，“在孤独症谱系障碍（ASD）中已经证实了小脑功能障碍；然而，小脑对ASD相关行为的作用机制仍不清楚。”
作者写道：“在这项研究中，我们证明了小鼠小脑和内侧前额叶皮质（mPFC）之间的功能连接；表明mPFC介导了小脑调节的社交和重复/僵硬行为。”我们描绘了一条从小脑皮质区右小腿1号（Rcrus1）和后蚓部穿过小脑核和丘脑腹内侧部，最后到达mPFC的一个回路。”
资深作者Peter Tsai和他的同事先前的研究表明，抑制小脑Rcrus1区的Purkinje细胞活动会改变小鼠的社交、重复和僵硬行为。相反地，他们也发现刺激这个区域可以拯救与自闭症相关的老鼠模型中典型的社会行为。
在他们最新的研究(2020年)中，蔡和他的合作者们使用了经过基因改造的小鼠来抑制浦肯野细胞的活性。有趣的是，研究人员发现，当小脑的浦肯野细胞活动减少时，前额皮质的神经活动增加了。更具体地说，他们发现Rcrus1活性的降低与mPFC活性的增加有关。
值得注意的是，当研究人员抑制(即。在这些经过基因工程的老鼠的前额叶皮层活动中，它们的社交障碍和重复/不灵活的行为得到了改善。
通过追踪与自闭症相关的小脑-前额叶皮层回路，研究人员还发现，来自后脑蚓部和小脑rCrus1区域的神经回路汇聚在前额叶皮层。作者在论文摘要中写道:“对这个回路的调节导致了社交缺陷和重复行为，而激活Rcrus1和后vermis中的浦肯野细胞(pc)则分别改善了雄性PC-Tsc1突变小鼠的社交偏好障碍和重复/僵化行为。”
“这些区域中的每一个都可能在未来ASD的潜在治疗中发挥关键作用，”Tsai在新闻发布会上说。“就像电工一旦理解了接线图就可以修复家里的线路一样，这些发现给我们带来了改善自闭症谱系障碍相关回路功能失调活动的潜在希望。”
这项开创性的小鼠研究提出了这样一种可能性:某天，针对连接小脑rCrus1和蚓部与前额叶皮层的脑小脑回路设计的疗法，可能会改善人类的自闭症相关行为。
参考文献
Elyza Kelly, Fantao 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, Nicholas Katsanis, Diane M. Robins, Jill L. Silverman, Karun K. Singh, Rachel Wevrick, Margot J. Taylor, Christopher Hammill, Evdokia Anagnostou, Brad E. Pfeiffer, Catherine J. Stoodley, Jason P. Lerch, Sascha du Lac, Peter T. Tsai. "Regulation of Autism-Relevant Behaviors by Cerebellar–Prefrontal Cortical Circuits." Nature Neuroscience (First published: July 13, 2020) DOI: 10.1038/s41593-020-0665-z
Christopher Bergland is a world-class endurance athlete, coach, author, and political activist.
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