인간의 뇌를 매핑하면 전체 뇌 기능을 재구성합니다.

인간 소뇌의 새로운 기능 지형도가 게임 체인저가 될 수 있습니다.

근원 : 바이킹 성인의 의례

나의 늦은 아버지, 리처드 Bergland, MD (1932-2007 년)는 1986 년 에 마음의 직물을 간행했다. 책 표지를 위해, 아빠는 화살 모양의 평면도를 고집했다; 그는이 유리한 점이 소위 “두개골 지구 (cranial globe)”의 주요 뇌 영역을 어떻게 설명 하는지를 좋아했습니다. 많은 사람들은 우리의 “두뇌”를 오히려 좌우 대뇌 반구로 잘못 생각합니다. 그러므로 아버지는 자주 잊혀진 소뇌와 그 소뇌 기능을 주목하고 싶었습니다. 시상면을 보면 작은 뇌가 전체 뇌 구조의 일부로 더 큰 프레임 워크에 들어가는 곳을 쉽게 시각화 할 수 있습니다.

소뇌는 체액 운동의 타이밍과 정밀도를 조정하는 것으로 오랫동안 알려져 왔기 때문에 운동 마인드와 스포츠 성능을 최적화하는 데 대한 저서를 처음 저술 할 때 소뇌 운동 기능을 중앙 플레이어로 배치하는 것이 중요했습니다. 운 좋게도, 아버지는 그때까지 은퇴했고, 선수들에게 맞는 원래의 두뇌 모델을 만들 수있는 시간을 가졌습니다. (더 많은 것을 위해, “분할 두뇌 : 변화하는 가설”를보십시오)

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운동가의 길 : 땀과 생기의 소개 (2007)에서 나는이 두뇌 모델의 기원에 대한 배경 지식을 제공한다.

“내 심리적 인 문제와 신경 생리학에 대한 이해에 내구성 운동 선수로서의 성공적인 경력을 쌓아야한다. 그러나 나는 과학자가 아니다. 나는 운동 선수 야. 비록 내가 과학 분야에서 정규 교육을받지 못했지만, 아버지는 신경 외과의와 신경 과학 연구원이기 때문에 신경 과학으로 자랐습니다. 제가 자라면서 신경 과학은 끊임없이 대화의 주제 였고, 아버지와의 토론은 수년에 걸쳐 계속되었습니다. 운동 선수의 길은 인간이 두뇌를 가졌다는 가설에 기반을두고 있습니다. 동물의 느낌과 운동을하는 뇌는 소뇌 ( “작은 두뇌”라틴어) 라 불리는 인간 사고와 추론 뇌는 대뇌 “뇌”). 우리 아빠와 저는이 두뇌 모델을 “두뇌가 무서운 두뇌”라고 부릅니다. 두뇌는 두뇌 사이의 중간에있는 중뇌의 북쪽에 위치하는 대뇌입니다. 소뇌는 중뇌의 남쪽 위치에 기초하여 뇌의 지구에서 남반구 인 다운 뇌입니다. “두뇌를 강타하는 두뇌”라는 단순한 이름은 문법적으로 부정확하지만 1970 년대의 두뇌 우뇌의 두뇌 모델 인 “좌뇌 – 우뇌”에 대한 직접 적이고도 타당한 반응이다. 나는 아버지와의 초기 대화에서 새로운 이름을 대뇌와 소뇌의 차이점, 그리고 나는 단순성 때문에 새로운 용어를 좋아한다. ”

필자는 원고의 페이지 매김을 설명 할 때 세인트 마틴 프레스 (St. Martin ‘s Press)의 서적 디자이너에게 화살 모양의 대뇌 – 뇌뇌 뇌 맵 (아래)에 전체 페이지를 제공하여 일반 독자가 “위층 – 아래층” 전체 뇌의 구조. 이 두뇌 조각은 아버지의 연구실에서 나왔고 The Fabric of Mind 책 표지를 어느 정도 반영합니다.

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이 뇌지도는 “Bergland Split-Brain Model”의 가장 초기 화신을 보여 주며 상호 연결된 소뇌 – 대뇌 피질 시스템 내에서 각 뇌 영역이 재생할 수있는 다양한 가상의 역할을 설명합니다. ( “운동 선수의 길 : 땀과 생기의 81″에서.)

출처 : Christopher Bergland의 사진 및 레이아웃 (2007 년경)

돌이켜 보면서 나의 뇌지도 (위)는 곤혹스럽고 가설 적이면서 clunky하다. 그러나 그 부정확성과 일반화는 역사적인 목적을 타임 라인의 일부로 제공합니다. 제가 여기서 여러분과 공유하는 이유는 왜 내가 만든 최신 인간 소뇌지도의 우아한 디자인과 숨 막힐듯한 세부 사항에 너무 흥분했는지를 설명하기 위해서입니다. 하비드 매사추세츠 종합 병원의 제레미 슈마 만 (Jeremy Schmahmann), 아메리칸 대학교의 캐서린 스테들리 (Catherine Stoodley) 및 그들의 동료들과 함께 MIT의 Xavier Guell이 말했다.

즉, 최신 소뇌지도의 핵심 신경 과학에 뛰어 들기 전에, 개척 작업을 배경으로 한 타임 라인의 일부로 나에게 알려주고 싶은 첫 번째 이야기 서사 및 수제 뇌지도가 하나 더 있습니다.

아버지가 2007 년에 세상을 떠난 후에 나는 새로운 소뇌 연구를 위해 안테나를 유지하고 자신이 제기 한 수수께끼를 푸는 데 최선을 다할 것을 다짐했다. “우리는 소뇌가 어떤 소뇌인지 정확히 알지 못합니다. 하고있다. 그러나 그것이하고있는 것이 무엇이든, 그것은 그것을 많이하고 있습니다. ”

저는 학계에 속하지 않고 과학계에 속하지 않기 때문에 소뇌에 관한 저의 소설에 대한 대부분의 경험적 경험과 일생 경험에 경험적 증거가 얽혀 있습니다. 이러한 주요 관측 중 하나는 이족 운동 활동과 창조적 사고 사이의 연결이었다. 예를 들어, 알버트 아인슈타인은 E = mc²에 대해 “자전거를 타면서 생각했습니다.”라고 말했습니다. 또한 수많은 역사적인 작가와 선구자는 일상적인 산책을 창조 과정의 중요한 부분으로 삼았습니다. 내 마음 속에서, 소뇌는 발산 적 사고와 유레카를 촉진시키는 운동의 현상에 어떻게 든 관련되어 있어야만하는 것처럼 보였습니다 ! 순간.

중년의 스포츠 경쟁에서 은퇴 한 후에 작가가 된 triathlete로서, 나는 달리기, 자전거 타기 및 수영이 언어를 더 유동적으로 처리하는 데 도움이되는 직접 경험으로부터 알았습니다. 나가 운동 할 때마다, 나가 초안을 대략 초안으로 쓰고 있던 무엇이든의 문장 그리고 다양한 낱말 조합은 흐름도 같이 의식이있는 의식으로 거품이 많은 것처럼 보였다. 또한 에어로빅 운동을하는 동안 공상 상태에 빠졌을 때마다, 나는 책상에 앉아서 중도에서 강렬한 형태로 어떤 일을하지 않을 때 발생하지 않았던 방식으로 겉보기에는 관련이없는 아이디어의 점들을 연결하는 것을 발견했습니다. 신체 활동. (자세한 내용은 “상상력의 신경 과학”을 참조하십시오.)

언젠가는 2009 년 (소뇌 기능과 “상상의 기원”사이의 가능한 연결 고리에 관한이 모든 아이디어가 내 머리에 떠 다니는) 어느 날, 거리의 마리아라는 시인 친구에게 부딪 혔습니다. 창조적 인 돌파구와 이족 운동 사이의 불가사의 한 연결에 관한 대화에서 그녀는 “팔과 다리를 타원형 트레이너에서 앞뒤로 움직일 때마다 시가 내게 쏟아져 나온다.”갑자기, 마리아가 그 단어를 발산하는 밀리 초 이내에 , 나는 ” aha를 가지고 있었다 ! “한 순간에 뇌의 반구와 반구의 양쪽 반구를 동시에 볼 수있는 뇌지도를 시각화했다. 그래서 나는 집으로 달려 가서 가능한 한 빨리 아래에 보이는지도를 그렸습니다. 이것은 시상면이 아니지만 시청자가 우리 뇌 전체 구조의 일부로 대뇌 반구와 양쪽 반구를 동시에 볼 수 있습니다. (더 많은 것을 위해, “Cerebro-Cerebellar Circuits은 우리에게 생각 나게한다 : 알기에는 충분하지 않다.”)

“뇌 – 소뇌 (cerebro-cerebellar)”회로의 지형 학적 뇌지도는 대뇌 반구와 소뇌 반구 사이의 반대쪽 기능 연결성을 최적화하는 중요성을 보여줍니다.

출처 : Christopher Bergland의 사진 및 일러스트레이션 (2009 년경)

위의 전체 뇌지도의 요지는 에어로빅 운동 중에 네뇌 뇌 반구 사이의 피드 포워드 및 피드백 루프의 기능적 연결 네트워크를 생각과 아이디어가 피기 백 할 수 있다는 경험 기반 가설에 영감을 받았습니다.

2009 년에이지도를 만들었지 만 Jeremy Schmahmann과 Catherine Stoodley가 획기적인 논문으로 발표 할 내용을 ‘인간의 소뇌에서 기능적 지형 (Functional Topography in Human Cerebellum : Neuroimaging의 메타 분석 조사 “(2010)에서 2010 년 논문에서”자동차 제어의 소뇌에서의 지형 조직에 대한 증거와인지 적 및 정서적 처리 “를 뒤 따랐다.

인간 소뇌의 획기적인지도의 렌즈를 통해, 지난 몇 개월은 잠재적으로 지구 파괴적이었습니다. 첫째, 가장 최근의 “임상 신경학 핸드북”(volume 154, 3 series)은 Stoodley와 Schmahmann의 소뇌지도 작성을 포함합니다 : 2018 년 6 월 11 일 온라인으로 발행 된 “제 4 장 인간의 소뇌 기능 지형”.

저자들은 연구 초록에서 이러한 두뇌지도의 중요성을 요약합니다. “축적 된 증거는 운동과 비모 운동 모두에서 인간 소뇌에 결정적인 역할을합니다. 소뇌 기능에 대한 새로운 이해의 핵심 교리는 소뇌 내에서 운동,인지 및 정서적 행동을 차별적으로 지원하는 기능적 소구역의 존재이다. 소뇌 연결 및 기능 지형의 존재는 모터 및 비 운동 기능 모두에서 소뇌 역할에 대한 중요한 해부학 적 기질을 제공한다. 또한 소뇌 활성화 패턴, 소뇌 손상 후인지 및 행동 결과, 그리고 신경 발달 및 신경 정신 장애의 범위에서보고 소뇌 구조 및 기능 차이를 해석하기위한 프레임 워크를 설정합니다.

2018 년 7 월 10 일 @MIINDLinkFound의 사진 캡션 : “Mario Manto (벨기에)와 Thierry Huisman (볼티모어)이 소뇌에 새로운 음량을 추가했습니다. 훌륭한 챕터 라인업. 소뇌 기능 지형에 관한 전직 박사 인 Catherine Stoodley (American University)와 다시 편지하는 것이 좋다. ”

출처 : Christopher Bergland의 스크린 샷 (@MINDlink “The Handbook of Clinical Neurology”제 4 권, 제 154 권, 시리즈 3)

최근 소뇌지도 작성에 관한 또 다른 이정표는 Xavier Guell, John Gabrieli, Jeremy Schmahmann의 “소뇌에서의 언어, 작업 기억, 사회 및 감정 처리의 세 가지 표현 : 과제와 종자에 대한 수렴 된 증거” 단일 대규모 코호트에서 휴식 상태의 fMRI 분석 “이 논문은 아래에있는 NeuroImage의 2018 년 5 월호에 대한 커버 스토리였습니다.

저자는 연구 초록에서이 논문의 의의를 요약합니다. “이전 연구와 일치하여 모터 활성화에 대한 두 가지 독특한 표현이있었습니다. 새로이 밝혀진 것은 기억, 언어, 사회 및 정서적 작업 처리가 각각 네 가지인지 적 및 정서적 영역에 대해 크게 분리 된 작업에 대한 세 가지 고유 한 표현이었습니다. 대부분의 경우 작업 기반 활성화와 그에 상응하는 휴식 네트워크 상관 관계는 작업 기억, 언어, 사회적 인식 및 감정에 고유 한 두 가지 운동 표현과 세 가지 비 운동 표현을 확인하는 데있어 일치했습니다. ”

Xavier Guell과 동료의 소뇌 뇌지도는 2018 년 5 월 NeuroImage 표지에 등장했습니다.

출처 : NeuroImage / Elsevier (볼륨 172, 2018 년 5 월 15 일)

MIT의 McGovern Brain Research Institute의 최초 저자 인 Xavier Guell은 2018 년 7 월 Math News의 소설 차트 인 “Charting the Cerebellum”에서 자신의 팀이 소뇌에서 운동 기능과 비 운동 기능을 매핑하는 최첨단 기술에 대해 설명합니다. “신경 과학자 1940 년대와 1950 년대에는 소뇌의 운동 기능에 대한 이중적 표현이 기술되어있어 소뇌의 각 반구의 두 영역이 운동 조절에 관여하고 있음을 의미한다. 소뇌에있는 운동 표현의 두 영역이 있다는 것은 소뇌 거시 생리학에서 가장 잘 확립 된 사실 중 하나입니다. 우리의 연구는 소뇌의 두 부분이 동시에 운동 과제에 참여하는 동안 소뇌의 다른 세 부분이 동시에 비 – 운동 과제에 참여한다는 흥미로운 아이디어를지지합니다. 우리의 전임자는 “이중 모터 표현”이라는 용어를 만들어 냈고 이제 소뇌 신경 과학 사전에 “3 중 비 모터 표현”을 추가해야 할 것입니다. ”

Guell은 소뇌와 대뇌 사이의 기능적 연결성이 어떻게 고 기능성 자폐 스펙트럼 장애와 관련이 있는지를 강조한 또 다른 최근 연구에 참여했다. 이 연구는 Sheeba Arnold Anteraper (MIT의 McGovern Brain Research Institute)에 의해 주도되었으며 2018 년 7 월 31 일 Brain Connectivity 저널에 온라인으로 발행되었습니다.

Anteraper et al. 이 논문의 결론에서이 연구의 중요성을 설명한다. “전뇌, 데이터 중심 분석을 사용하여이 연구에서보고 된 기능적 연결성 이상에 대한 설명은 ASD 바이오 마커의 개발, 치료 적 개입의 목표 및 신경 치료 반응을 측정하는 예측 인자 ”

또한 저자들은 “이 연구의 결과는 ASD에서의 소뇌 참여를 뒷받침하므로 정신과에서 ASD 증상의 본질을 연구하는 미래 연구를위한 개념적 틀로서”사고의 디스 메 트리 아 “를 잠재적으로 적절한 위치에 제안합니다. 이 이론은 소뇌의 비정상으로 인해 발생하는 운동,인지 및 정서적 증상이 단 하나 신경 장애의 반영이라고 주장합니다. 생리 학적 차원에서 생각의 디스 메리아 (Dysmetria of Thought)는 하나의 단일 신경 과정이 소뇌 운동, 사고 및 감정의 조절을 보조한다고 가정하는 범용 소뇌 변형의 개념을 전제로합니다 (Schmahmann, 1991, Schmahmann, 2010). Guell et al.의 최근 리뷰도 참조하십시오. (2018a). ”

마지막으로 2018 년 8 월 14 일 하바드 의과 대학 매사추세츠 공과 대학 (Xavier Guell, Jeremy Schmahmann, John Gabrieli 등)의 연구 팀과 2018 년 8 월 14 일이 타임 라인의 최종 항목으로 Satrajit Ghosh)는 “소뇌의 기능적 변화 : 근본적인 운동 – 생각 원리”라는 논문을 발표했다.

다시 Guell et al. 그들의 급진적 인 새로운 “삼중 적 비 운동 표현”가설의 중요성을 지적하면서 “이것은 소뇌의 진보적이고 계층적인 조직을 조사한 최초의 연구이다. 대뇌 피질 (Mesulam, 1998, 2008)의 기초적이고 잘 정립 된 일차 단층 – 전이 계층 구조와 대조적으로, 소뇌 운동 및 비 운동 조직의 주축은 알려지지 않았다. 우리는 소뇌 기능 영역이 1 차 (모터)에서 트랜스 도널 (DMN, task-unfocused) 영역으로 진행하는 점진적 조직을 처음으로 기술한다. 또한, 두 주요한 구배와 2 개의 모터 및 3 개의 비모 모터 영역 사이의 관계는 2 개의 모터 사이뿐만 아니라 3 개의 비 모터 영역 사이의 기능적 차이가 처음으로 나타났다. 이러한 차이의 본질에 관한 초기 소설 가설은 lobules IX / X (제 3의 비 – 운동 표현)의 비 – 운동이 소엽 VIII (제 2 운동 표현)에서 운동 처리와 기능적 유사성을 공유 할 수 있다는 점을 지적함으로써 생성된다.

마지막으로 Guell et al.의 소뇌지도 중 두 개가 아래에있다. (2018) 기능 그라디언트. 내 생각에,이지도에 담긴 정보는 잠재적으로 삶을 개선하고 모든 삶의 사람들이 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 전뇌 기능의 세계관을 전환합니다.

그림 1

소총 기울기와 이산 작업 활동지도 (Guell et al., 2018a)와 휴식 상태지도 (Buckner et al., 2011)

출처 : Xavier Guell 외 ./eLife 2018 (크리에이티브 커먼즈)

그림 2

그라디언트 1은 언어 작업 / DMN에서 모터 영역으로 확장되었습니다. 그라데이션 2 고립 된 작업 메모리 / frontoparietal 네트워크 영역. (A) 소뇌 평평한지도와 그라디언트 1과 2. (B) 처음 두 그라디언트의 산점도. 각 도트는 소뇌 복셀에 해당하며, 각 도트의 x 및 y 축상의 위치는 해당 소뇌 복셀에 대한 그라디언트 1 및 그라디언트 2의 위치에 해당하며 점의 색은 작업 활동 (상단) 또는 휴면 상태 네트워크 (하단 )를 그 특정 복셀과 연관시킨다.

출처 : Xavier Guell 외 ./eLife 2018 (크리에이티브 커먼즈)

참고 문헌

Catherine J. Stoodley와 Jeremy D. Schmahmann. “인간 소뇌의 기능적 지형도 : 신경 영상 연구의 메타 분석” NeuroImage (2009 년 1 월 발행) DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2008.08.039

Catherine J. Stoodley와 Jeremy D. Schmahmann. “모터 제어 소뇌에서의 지형적 조직과인지 및 정서적 처리에 대한 증거” Cortex (2010 년 1 월 발행) DOI : 10.1016 / j.cortex.2009.11.008

Randy L. Buckner, Fenna M. Krienen, Angela Castellanos, Julio C. Diaz, BT Thomas Yeo. “내재적 기능 연결성에 의해 추정 된 인간 소뇌 조직” Journal of Neurophysiology (2011 년 11 월 1 일 발행) DOI : 10.1152 / jn.00339.2011

Catherine J. Stoodley와 Jeremy D. Schmahmann. “제 4 장 – 인간의 소뇌 기능 지형도” 임상 신경학 핸드북 (첫 번째 온라인 : 2018 년 6 월 11 일) DOI : 10.1016 / B978-0-444-63956-1.00004-7

자비에르 구엘, 존 가브리엘리, 제레미 슈마 만. “소뇌에서의 언어, 작업 기억, 사회 및 감정 처리의 세 가지 표현 : 하나의 큰 집단에서의 작업 및 종자 기반 휴식 상태 fMRI 분석의 수렴 증거” NeuroImage (2018 년 2 월 2 일 온라인 처음 게시) DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2018.01.082

Sheeba Arnold Anteraper, Xavier Guell, Anila D’ Mello, Neha Joshi, Susan Whitfield-Gabrieli 및 Gagan Joshi가 있습니다. “고 기능성 자폐증 스펙트럼 장애가있는 젊은 성인의 뇌내 뇌 기능적 연결성 장애 : 데이터 중심의 전체 뇌, 시간 해상도의 기능적 자기 공명 영상 연구.” 뇌 연결성 (처음 발표 된 온라인 : 2018 년 7 월 31 일) DOI : 10.1089 / brain.2018.0581

사비에 Guell, 제레미 디 Schmahmann, 존 드 Gabrieli, Satrajit S. Ghosh. “소뇌의 기능적 변화도” eLife (2018 년 8 월 14 일 초판) DOI : 10.7554 / eLife.36652