了解你的大脑:幻肢

背景

在16世纪,一位杰出的法国人理发师外科医生被命名的Ambroise Pare令人惊讶地注意到他的一些患者在几个月后,他们仍然抱怨他们仍然感受到他们缺失的肢体的感觉(包括痛苦)。Pare的观察被认为是第一个记录的描述幻肢,指由于事故或受伤或手术切除而失去的身体部位仍有感觉。尽管名字叫幻肢,但幻肢不仅出现在肢体上,而且在身体的其他部位如乳房、生殖器、甚至牙齿

尽管帕雷在16世纪就写过幻肢这个词幻肢直到三个多世纪后的美国内战才开始使用。当时,著名的内科医生塞拉斯·韦尔·米切尔(Silas Weir Mitchell)是费城南街医院(South Street Hospital)的军医。如此多的截肢者在南街医院接受治疗(尤其是在葛底斯堡战役之后)士兵们称之为"树桩医院"米切尔指出,他在那里治疗的大多数截肢者都继续体验到他们失去的肢体的感觉。他将这些挥之不去的感觉描述为“感官幽灵”或“幻影”,这也导致了这个术语的使用幻肢来描述这种情况。

如今,幻影感觉被认为是那些失去肢体的人的共同经验。这是思想的几乎所有截肢者都有幻觉,他们中的大多数人还遭受着某种程度的幻痛。例如,在一项对5000名美国退伍军人的研究中,78%的人报告说,他们在截肢时经历了幻肢痛

幻肢感觉的表现因病人而异。在大多数情况下,这种感觉几乎是在导致肢体丧失的手术或损伤之后立即开始的(在意识恢复和任何麻醉剂消失之后)。但大约四分之一的病人,这种感觉可能在几天或几周内都不会出现。有时幻觉会在几天或几周后消失,但在其他情况下,它们会持续几年甚至几十年。

在许多患者中,幻肢采取习惯性的姿势(例如,手臂轻微弯曲)。但这种姿势可能会自发改变,一些患者抱怨说,他们的幻肢最终会处于尴尬的位置,产生不适和疼痛。一个轶事报告描述了患者一颗手榴弹在里面爆炸,他失去了一条腿。他抱怨说,他那只幽灵般的手总是被一个痛苦而紧握的拳头攥着。

什么导致幻肢?

幻肢仍然没有被很好地理解。人们提出了许多假说来解释它,但潜在的机制可能因情况而略有不同。在本文中,我将讨论一些最常见的幻肢解释。在一个病人身上,很可能有以下不止一种机制在起作用,或者有其他的解释。

中枢神经系统的变化

主要躯体感觉皮层(蓝色部分)。

对幻肢感觉的普遍解释是大脑皮层重组皮质重新映射.为了解释这个假设,让我们考虑一个在事故中失去手臂的人。在事故发生前,神经元它携带着来自手臂的感觉,并与一个区域的神经元进行交流躯体感觉皮质,它接收关于触摸、疼痛、温度和预言契齐(即,身体在空间中的位置)从整个身体开始。具体来说,携带手臂信息的神经元与体感皮层中负责处理手臂感觉信息的部分神经元相互作用。

然而,事故发生后,那些躯体感觉神经元被剥夺了它们正常的神经元输入来源。因此,他们开始回应来自其他附近神经元的信号。这可能导致体育毛毡在体内的其他部分(例如,面部)中,以导致致力于(现在缺失)臂的躯体感染术中的神经元的刺激。这些“臂”躯体感觉神经元的激活导致大脑在手臂中感知感觉,即使它不再在那里。这种适应的适应性皮质重组的程度发病与幻肢疼痛的严重程度有关

需要注意的是,非皮层区域的重组,比如丘脑(一种皮层下参与处理几乎所有传入感官信息的结构)似乎也起了作用在某些幻觉中。

体表示

另一种对幻肢的流行解释是,大脑通常依赖于身体的内部表征来产生对我们身体在空间中的位置的意识,从而保持姿势、做出动作等。这种身体的内部表征很可能是由整合了大脑中各种类型信息(如触觉、视觉甚至情感)的神经元网络产生的。

根据一些研究人员的说法,身体的内在表象可能是幻肢感觉和疼痛的根源。这种情况可能发生在肢体失去后,身体仍然完好无损。换句话说,在患者大脑中产生的身体表现仍然包括完好的肢体,从而产生一种肢体仍然存在的期望或感觉。这可能会导致不正常的感觉、不适或疼痛,当传入的感觉信息与神经体的代表冲突时(例如,眼睛看到没有腿,但大脑仍然期望有腿)。

周围神经系统

在早期的幻肢研究中周围神经系统被认为是幻肢痛的唯一原因。今天,解释通常包括中枢神经系统但外周神经系统仍然被认为是一个重要因素。

失去肢体后,损坏轴突曾经供给肢体的物质不会简单地闲置。相反,它们经常试图通过增加新的扩展来修复自己(这个过程称为发芽).然而,在失去肢体后,这些新的延伸基本上无处可去。它们在截肢部位形成大量的神经组织,称为神经瘤

构成神经瘤的轴突并不处于休眠状态。相反,它们可以生成动作电位以不稳定的方式。这种异常信号被认为是幻肢患者可能经历的一些自发性疼痛的潜在机制。这种异常的神经活动可能会因来自缺失肢体的轴突进入的区域的病理信号而加剧脊髓

幻肢痛的治疗

有许多药物治疗幻肢痛。其中包括许多用于治疗其他类型神经性疼痛的止痛药物,如抗惊厥药和阿片类药物。然而,药物治疗的有效性,往往是可变的——这可能反映了幻肢疼痛背后的众多原因。

作为镜子治疗的一部分,患者握着镜子以反映他的完整肢体。

一种治疗幻肢痛的独特方法被称为镜子治疗.在这项技术中,在缺失和完好的肢体之间放置一面镜子,这样就能反映出病人完好的肢体。这就造成了(从病人的角度来看)他们有两个完整的肢体的错觉。他们可以移动自己完整的肢体,并观察到虚幻的肢体以同样的方式移动。据认为,这种想象可能有助于减少由于缺少来自大脑一直保持内在表征的截肢的视觉反馈而引起的不适。

虽然研究支持镜像疗法的有效性在美国,这种方法起作用的潜在机制还没有被完全理解。一些然而,研究表明镜像疗法可以有助于逆转上述截肢后皮质重组。镜像疗法的有效性增加了人们对类似方法的兴趣,比如使用虚拟现实来创造肢体的再现。

参考文献(除了上面的链接文本):

Collins KL, Russell HG, Schumacher PJ, Robinson-Freeman KE, O'Conor EC, Gibney KD, Yambem O, Dykes RW, Waters RS, Tsao JW。当前幻肢痛的理论和治疗综述。2018年6月1日;128(6):2168-2176。doi: 10.1172 / JCI94003。2018年6月1日。PMID: 29856366;PMCID: PMC5983333。

幻肢痛:中枢神经可塑性适应不良的一个案例?神经科学学报。2006年11月;7(11):873-81。doi: 10.1038 / nrn1991。PMID: 17053811。

Ramachandran VS . Hirstein W.对幻肢的感知。d。o。赫布的演讲。1998年9月;121(第9期):1603-30。大脑/ 121.9.1603 doi: 10.1093 /。PMID: 9762952。

了解你的大脑:听觉皮质

听觉皮层在哪里?

左半球的冠状切片,显示初级听觉皮层(红色)以及周围的听觉区域(蓝色和紫色)。

听觉皮层位于颞叶.它的大部分都被隐藏起来,深埋在一个叫做外侧沟.一些听觉皮层在大脑的外表面是可见的,然而,当它延伸到叫做优越的时间回归

听觉皮层可以再细分为多个区域,尽管在人类大脑中创建这些细分区域的最合适方式仍然存在一些问题。然而,人们普遍认为,听觉皮层是由一个主要的区域组成的,它通常被称为核心区域——以及多个非主要区域。

人类的初级听觉皮层隐藏在脑回的外侧沟中Heschl的脑回(又名横向颞脑回).然而,人类的主要区域的精确位置是可变的,因为Heschl的Gyri的安排(有些人拥有这些吉尔之一,而其他人有两三个)。例如,在一些个人中,主要听觉皮质似乎占据了一个Heschl的回归,而在其他人中可能会将过去的回归延伸到邻近(或超过)。

靠近地核的区域通常被称为地核腰带区域,其周围通常被称为parabelt.地区。这些邻近区域大部分也埋在外侧沟内,但也可能延伸到颞上回。然而,听觉皮层的一般界限是不精确的。

什么是听觉皮质,它做了什么?

听觉皮层在我们感知声音的能力中起着关键作用。它被认为是我们感知听觉刺激的基本方面的组成部分,比如声音的音调。但它在声音处理的其他各个方面也很重要,比如确定声音来自空间中的什么地方,以及识别可能产生声音的东西。听觉皮层也被认为与高级的听觉处理有关,比如识别特定于语言的声音。听觉皮层的损伤会破坏听觉感知的各个方面。例如,损伤(如中风引起的损伤)可能会导致检测音高变化、定位空间声音或理解语言能力的缺陷。

听觉皮层主要从大脑的一个核接收听觉信息丘脑叫做内侧膝状体核,所有关于听觉的传入信息在被处理之前都被发送到这里大脑皮层.听觉皮层初级区(以及非初级区的某些部分)的细胞被排列好,形成了我们所知的音质地图。这意味着听觉皮层的不同区域参与处理不同的声音频率。(频率,当提到声波时,是与沥青.高频声波会产生高音调的声音。)

初级听觉皮层的张力位排列与图中所见相似耳蜗,声音处理开始。因此,可以说听觉皮质的核心含有耳蜗的地图,其中耳蜗中的每个点对应于听觉皮层中的一条细胞条。这种类型的布置类似于其他感觉皮质(例如,初级躯体感觉皮层包含身体感受器的地图)。

虽然这些模式在听证会上的重要性仍然明白,但仍有诸如主要听觉皮层的功能组织的其他模式。例如,在听觉皮层中似乎只有通过来自一只耳朵的刺激激活的细胞(EI细胞);它们被来自其他耳朵的刺激抑制。通过来自两个耳朵的信息激活其他细胞(EE细胞)。

初级听觉皮层周围区域的感觉处理过程也没有被很好地理解,但人们认为,带和parabelt中的细胞参与了复杂声音的高级处理。例如,研究表明,这些听觉皮层的非初级区域可能在识别物种特定的声音方面很重要,这意味着它们在人类语言处理过程中发挥了作用。研究还发现,非初级听觉区域参与语言感知的不同方面,比如检测音节的开头和结尾,注意一个声音而忽略另一个声音,以及按照逻辑时间顺序处理声音。

总的来说,关于听觉皮层中听觉处理的细节仍然有很多需要了解的。然而,很明显,大脑的这一部分在创造丰富的听觉感官体验中起着关键作用。

参考文献(除了上面的链接文本):

amount K, Morosan P, Hilbig H, Zilles K.听觉系统。出版:麦JK和Paxinos G编。《人类神经系统》,第三版。纽约:爱思唯尔;2012.

王志强,王志强,王志强,等。听觉皮层的解剖学和功能形态学研究。Front Neurosci. 2014 7月29日;8:225。doi: 10.3389 / fnins.2014.00225。

泡菜乔。《听觉生理学导论》第四版,英国:Emerald集团出版有限公司;2012.

Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, Lamantia AS, Mooney RD, Platt ML, White LE,编。《神经科学》第6版,纽约。Sinauer同事;2018.

了解你的大脑:壳核

壳核在哪里?

在这个冠状脑切片中,壳核是浅紫色的区域。苍白球和尾状核也显示在图像中。

putamen是一个皮层下是一组人体的结构,称为一组基底神经节.它也是背部的一个组成部分纹状体,包括壳核和尾状核.Putamen毗邻苍白球,腐库和球杆菌一起被称为透镜状或透镜状核

壳核是什么,它有什么作用?

作为基底神经节的组成部分,硬膜以促进运动而闻名。为了理解壳核在运动中的作用,我们有必要思考基底神经节作为一个整体是如何促进运动的。虽然这一点还没有定论,但一种流行的假说认为基底神经节在促进想要的运动的同时抑制不想要的和/或竞争的运动是很重要的。要了解更多关于基底神经节和这个功能的信息,请看这篇文章

Watch this 2-Minute Neuroscience video to learn more about the basal ganglia.

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观看这款2分钟的神经科学视频,了解有关基础神经节的更多信息。

Putamen(和整个纹状体)被认为是基础神经节的关键投入区域。换句话说,为了实现他们的运动相关的功能,基础神经节需要收到来自的信息大脑皮层关于你想做的动作。大部分信息首先通过一种叫做皮质棘爪途径

腐肉中的大多数神经元含有神经递质伽马氨基丁酸并延伸到腐烂到基础神经节的其他地区 - 特别是苍白球黑质.这些离开壳核的神经元创建的通路被认为与运动的促进或抑制有关(取决于通路)。研究表明,腐库中的神经元在运动之前和期间被激活-特别是四肢和躯干的运动。人们认为,这些壳核神经元的放电不仅有助于运动的开始,还有助于做出运动的决定和选择。

多年来,硬膜被认为主要用于运动。但最近的研究开始指出壳核的作用扩大了。例如,现在人们认为壳核也参与了学习和记忆语言,情感

壳核功能障碍可能是许多疾病的一个因素,但与运动功能问题密切相关。亨廷顿氏舞蹈症(HD)的特点是快速的、痉挛性的、不自主的运动尾状核和壳核神经元的退化和死亡.这些神经元可能参与了非意愿运动的抑制,HD患者的神经元退化可能导致非意愿运动更难抑制。

神经变性在基底神经节也是典型的病理征帕金森病(PD),一种导致缓慢吃力的运动并伴有震颤(以及其他症状)的疾病。PD的神经退行性变主要发生在黑质但基础神经节的其他领域 -像硬膜- 也受到影响。此外,壳核多巴胺功能异常被认为是导致帕金森病患者运动障碍的原因。



参考文献(除了上面的链接文本)

JW貂皮大衣。基底神经节:竞争性运动程序的集中选择和抑制。[j] .神经科学进展,1996,11;50(4):381-425.]

Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, Lamantia AS, Mooney RD, Platt ML, White LE,编。《神经科学》第6版,纽约。Sinauer同事;2018.

了解你的大脑:下丘脑核

下丘脑核在哪里?

脑的冠状切面,以红色突出显示丘脑下核。

亚饱和核是位于的一小部分神经元腹侧到了丘脑(即在丘脑下方)。它是丘脑底部

什么是下丘脑核,它有什么作用?

丘脑下核被认为是基底神经节.基底神经节是一组皮层下核与各种认知和情感功能有关,但最出名的是它们在运动中的作用。基底神经节对运动的确切贡献尚不完全清楚,但一种流行的假设认为,基底神经节在促进渴望的运动,同时抑制不想要的和/或竞争的运动中起着关键作用。要了解更多关于基底神经节和这个功能的信息,请看这篇文章

下丘脑核被认为是基底神经节回路的一个关键组成部分,它致力于抑制不必要的运动。这些抑制回路被称为间接的途径hyperdirect通路.在这两种途径中,运动抑制被认为可追溯到兴奋性谷氨酸从丘脑下核延伸到刺激的神经元伽马氨基丁酸神经元的苍白球黑质;这些GABA神经元反过来又对丘脑中的神经元产生抑制作用,丘脑中的神经元在兴奋时通常会促使它们运动。

Watch this video to learn more about the indirect pathway, a circuit in the basal ganglia that includes the subthalamic nucleus and is thought to play an important role in the inhibition of movement.

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观看这段视频来了解更多关于间接通路的知识,这是一个位于基底神经节的回路,包括下丘脑核,被认为在运动抑制中扮演着重要的角色。

即使对于最简单的运动,下丘脑核在抑制不必要运动中的作用也可能是至关重要的。例如,当你伸手拿起一杯咖啡时,你的大脑不仅要激活运动所必需的肌肉,还要抑制那些会抵消你想要运动的肌肉。事实上,即使你坐着不动,你不想要的动作(比如你的手不由自主地在空中抽动)也必须持续被你的大脑控制。据推测,下丘脑核在这些类型的运动抑制中起着重要的作用。

然而,值得注意的是,下丘脑核(以及整个基底神经节)的功能并不局限于运动。最近的研究表明,下丘脑核也可能对认知功能,如决策、注意力和工作记忆(等)。和丘脑下核可能是对情绪有重要影响的回路的一部分

我们对丘脑下核更广泛的作用的一些理解来自于涉及的研究脑深部电刺激星展银行。DBS是一种外科手术,需要在大脑中植入一个电极。一旦电极就位,它就会发出电脉冲,据推测这种脉冲会干扰神经活动。

脑起搏器已经被发现在治疗中特别有用帕金森病.帕金森氏症的特点是动作问题,如缓慢、费力的动作和难以启动动作。人们认为,这些与运动相关的症状是由于下丘脑核过度活动引起的。这种增加的下丘脑核活动可能导致通过上述基底节节回路的运动过度抑制。

因此,当DBS中的电极位于下丘脑核内或附近时,打开该装置可以破坏下丘脑核的抑制作用,促进运动。要了解更多关于DBS的知识,看到这篇文章

如上所述,DBS的使用也帮助我们认识到丘脑下核作用的复杂性。许多接受DBS治疗的患者不仅体验到帕金森症状的改善,而且还会出现包括认知和情绪变化在内的副作用比如记忆障碍和冷漠.有人提出,丘脑底核功能的破坏可能是DBS的这些副作用的原因。然而,应该说DBS副作用的可变性——以及对DBS如何影响大脑活动的确切理解不足——使得这一点很难确定。

无论如何,迄今为止收集到的证据表明,下丘脑核是大脑中控制运动和其他各种动作的重要区域。然而,要完全理解这一微小但重要的神经元集合的功能,还需要未来的研究。

参考文献(除了上面的链接文本):

Bonnevie T,Zaghloul Ka。亚粒子核:解开作用控制中的新作用和机制。神经系统科学家.2019; 25(1): 48 - 64。doi: 10.1177 / 1073858418763594

Heida T, Marani E, Usunoff KG。下丘脑核第二部分:模拟和模拟活动。《胚胎细胞生物学.2008; 199:1-vii。

丘脑下核在认知和边缘回路中的功能作用。食物一般.2005, 76(6): 393 - 413。doi: 10.1016 / j.pneurobio.2005.09.005

了解更多:

了解你的大脑:基底神经节

2分钟神经科学:基底神经节的间接通路

了解你的大脑:梭状面区

梭状面在哪里?

梭状回面部区域的大致位置,下视图(观察大脑的底部)。

梭形面部区域或FFA是一个发现的小区域劣质(底部)表面颞叶.它位于一个叫做梭状回

梭状面是什么?它有什么作用?

到20世纪90年代末,研究人员已经建立了大量的证据,表明当我们看面孔时,大脑的某些部分特别活跃。这项研究让神经科学家们做出了这样的假设神经元专门处理关于面孔的信息,这些神经元对正常的面孔感知至关重要。根据这一观点,大脑中参与面部感知的部分可能不同于大脑中参与感知其他事物(如物体)的部分。

在1997年,研究人员发表了一项开创性的研究这不仅支持了大脑中脸部特定处理的观点,还增加了一些重要的解剖学细节。Nancy Kanwisher和同事的研究使用功能磁共振成像(fMRI)来识别当参与者看人脸时大脑中高度活跃的区域。在这个过程中,研究人员发现了一块蓝莓大小的区域劣质(底部)颞叶的表面,当参与者观察面孔时显示出不成比例的活动量 - 但不是当他们观看房屋,手或汽车等其他内容时。在大多数患者中,这项活动主要在大脑的右侧看到。

这一区域发现的kanwisher和她的研究人员建议的数据被称为梭状回-专门用于处理关于面孔的信息;他们称之为梭状回面孔区或FFA。FFA是一个面部处理模块的假设与之前的成像研究一致,这些研究也将面部感知与大脑的这个一般区域联系在一起,以及FFA受损并随后发展为一种称为面孔失认症这涉及到面部识别能力的损伤。

进一步的研究也支持Kanwisher等人的假设。例如,一个用猴子做的实验记录了FFA中神经元的活动发现该区域97%的神经元在对面部图像做出反应时是活跃的而不是对物体或身体其他部位的图像做出反应。另一项研究发现,向FFA发送短脉冲电荷导致对面孔的感知中断.今天,在Kanwisher等人首次发表这个术语20多年后梭状回面孔区-可以肯定地说,有令人信服的证据表明FFA参与了面部感知。

然而,围绕FFA的解剖和功能的细节仍有很多争论。例如,一些人认为虽然部分FFA可能在面部感知中发挥作用,但该区域可能由多个视觉区域组成,这些视觉区域应该被视为不同的(在解剖学和功能上),而不是一个专门用于面部感知的结构。此外,一些人认为,与其主要局限于ffa -人脸识别这是一个大脑区域网络,它不仅延伸到FFA,还包括枕叶和颞叶的其他部分.根据这两种观点,仅将FFA在人脸感知中如此重要的作用归因于FFA可能有点过于简单化了。

但或许最大的批判FFA是一个主要的人脸识别的大脑区域是FFA的建议不仅是专业的知觉的脸,也为所有对象的感觉我们有一个高水平的熟悉和经验。这种想法有时被称为专业知识的假设这表明,FFA是在对面孔做出反应时被激活的,因为在某种程度上,我们是面孔专家。例如,一项研究发现FFA的活性也增加了而这种增加与人们识别这些物体的专业程度相关(观鸟者和汽车爱好者表现得更活跃)。另一项研究发现,FFA活跃时,国际象棋专家看了棋盘上的棋局,但另一个发现经验丰富的放射科医生在FFA中有更多的活动在看x光片时比医学院的学生做得更好。

然而,专家假设也面临着相当一部分的批评。支持专业知识假说的研究往往规模较小,而且在这些研究中看到的影响往往不是很大。尽管如此,2019年对18项研究结果的分析发现,即使考虑到上述方法上的问题,证据强烈支持专家假设。因此,FFA在人脸感知中的确切作用仍在争论中。

参考文献(除了上面的链接文本):

Burns EJ, Arnold T, Bukach CM。梭状面区域的p曲线:荟萃分析支持专业知识假说。Neurosci Biobehav Rev..2019; 104:209 - 221。doi: 10.1016 / j.neubiorev.2019.07.003

关键词:人脸,梭状回,人脸识别,脑区J >.1997; 17(11): 4302 - 4311。doi: 10.1523 / jneurosci.17 - 11 - 04302.1997

梭状面区域的不可思议的简单性。趋势Cogn Sci.2012; 16(5):251-254。DOI:10.1016 / J.TICS.2012.03.003