карта мозга человека с описанием зон
МР-анатомия головного мозга
Строение лекции
Основные морфологические отделы мозга
Внутренняя структура больших полушарий.
Серое вещество состоит из коры, которое полностью покрывает большие полушарии головного мозга. Белое вещество расположено под серым веществом головного мозга. Однако в белом веществе также присутствуют участки с серым веществом — скопления нервных клеток. Их называют ядрами (nuclei). В норме существует четкая граница между белым и серым веществом. Дифференциация белого и серого вещества возможна на КТ, но лучше дифференцируется на МРТ.
Кортикальная дисплазия
При кортикальной дисплазии границы между белым и серым веществом стираются. В таком случае дополнительно следует использовать последовательность Т1 инверсия восстановления. На данных изображениях границы будут заметны, за исключением участков кортикальной дисплазии.
Инфаркт
При цитотоксическом отеке, развивающейся в первые минуты инфаркта головного мозга, также теряется дифференцировка между белым и серым веществом, что является ранним КТ признаком инфаркта головного мозга.
Большие полушария головного мозга
Полушария головного мозга разделяются между собой большим серповидным отростком. В каждом полушарии выделяют 4 доли:
Лобная доля отделяется от теменной при помощи центральной или раландовой борозды, которая отлично визуализируется, как на аксиальных, так и на сагиттальных срезах.
Лобная доля отделяется от височной доли при помощи латеральной борозды, которая отлично визуализируется, как на сагиттальных и аксиальных, так и на фронтальных срезах.
Теменная доля отделяется от затылочной доли при помощи одноименной теменно-затылочной борозды. Данная линия еще разделяет каротидный и базиллярный бассейн.
Некоторые авторы в отдельную борозду выделяют островок, который является большим участком коры, покрывающий островок сверху и латерально, образует крышечку (лат. pars opercularis) и формируются из части прилегающих лобной, височной и теменной долей.
Другие авторы объединяют островок с височной долей.
Границы долей
Границы долей
Границы лобных и теменных долей.
Симптом усов – постцентральная извилина.
Поясная извилина – постцентральная извилина.
Для правильного определения границы лобных и теменных долей сначала находим центральную борозду. В данную борозду вписывается символ Омега – ω на аксиальных срезах.
Поясная борозда.
На сагиттальных срезах нужно найти мозолистое тело над ним расположена поясная борозда, которая кзади и кверху продолжается в постцентральную борозду, от которой кпереди расположена центральная или роландова борозда.
Карта мозга
Иллюстрация: M. F. Glasser, D. C. Van Essen
«Каждая отдельная область на карте содержит клетки со сходными структурой, функциями и взаимосвязями. Но эти «регионы» отличаются друг от друга подобно разным странам и имеют чётко определённые границы, а также уникальную культуру»,
— отмечает Дэвид Ван Эссен (David Van Essen), невролог Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, который курировал исследование.
Нейрофизиологи давно стремились разделить мозг на мелкие части, чтобы лучше понять, как он работает в целом. Одна из самых известных карт мозга разделила кору на 52 области, основанные на различном расположении клеток в ткани (теперь эти зоны известны как поля Бродмана). Более современные карты основывались на данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) — например, функциональной МРТ, которая измеряет приток крови в ответ на различные умственные задачи.
Однако, до сих пор большинство таких «картографических» исследований проводились с помощью лишь одного типа измерений, что, как отмечает Томас Йео (Thomas Yeo), нейробиолог из Национального университета Сингапура, не только не даёт полное представление о работе всего мозга, но и может ввести исследователей в заблуждение. Новая карта основана на многократных МРТ измерениях, которые максимально конкретизируют внимание на корковых областях и поэтому помогают наиболее хорошо их оценить.
Разделяй и властвуй
Чтобы построить карту, группа учёных под руководством нейробиолога Мэтью Глассера (Mathew Glasser) из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе использовала изображения, полученные у 210 здоровых молодых людей, которые участвовали в проекте «Коннектом человека» по картированию структур мозга и их функциональных связей. В исследование включили информацию о толщине коры, функциях мозга, аксональных связях между регионами, о топографической организации клеток в ткани и содержании миелина — вещества, которое отвечает за электроизоляцию аксонов.
Глассер зонировал кору головного мозга по принципу значительных изменений в двух или более свойствах, которые использовал, чтобы «расставить» границы на карте. Обработка данных велась с использованием алгоритмов машинного обучения.
«Если медленно «ползать» по поверхности коры, то в какой-то момент вы найдёте такое место, где свойства начнут меняться, или даже такое, где обнаружатся несколько независимых изменений на одном и том же месте»,
Методика подтвердила наличие 83 известных ранее участков мозга и выявила ещё 97 новых. Учёные проверили карту, наблюдая за работой этих регионов у 210 человек. Они обнаружили то, что карта достаточно точная, но размер её зон несколько варьирует от человека к человеку. Эти различия помогут понять по-новому индивидуальную изменчивость когнитивных способностей, а также выявить риски развития заболеваний.
Грани достижимого
«Несмотря на то, что в центре внимания этой работы лежало создание красивого и усреднённого шаблона мозга, он действительно открывает возможность для дальнейшего изучения уникальных сочетаний индивидуальных особенностей с интеллектуальными и творческими способностями, то есть того, что делает каждого из нас уникальным»,
— говорит Рекс Юнг (Rex Jung), нейропсихолог из Университета Нью-Мексико в Альбукерке.
Но при всех очевидных плюсах минусы также есть: карта ограничена в нескольких важных аспектах. Самое важное, она очень немногое рассказывает о биохимических основах работы мозга или об активности отдельных нейронов, их небольших групп.
«Это похоже на фантастическую карту Google «Планета Земля», которая может даже продемонстрировать ваше район города или даже задний двор вашего дома. Тем не менее, вы не можете рассмотреть, как передвигаются ваши соседи, куда они собираются переместиться и какая у них работа»,
Глассер же предполагает, что этот проект станет версией 1.0.
«Это не означает, что этот вариант окончательный, но то, что мы получили сейчас, гораздо лучше, чем то, что мы имели прежде»,
— резонно замечает учёный.
A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, David C. Van Essen et all.
Nature (2016) doi:10.1038/nature18933
Новая структурно-функциональная карта делит кору больших полушарий на 180 участков.
Кора мозга устроена чрезвычайно сложно – разные её участки отличаются друг от друга как по функциям, так и по клеточному устройству. Естественно, тем, кто начал заниматься мозгом, очень скоро понадобилась «карта местности» для мозговой коры, и своеобразным золотым стандартом тут стала система цитоархитектонических полей, опубликованная немецким неврологом Корбинианом Бродманом ещё в 1909 году.
Эти поля отличаются по морфологии клеток и по тому, как клетки в них уложены друг относительно друга (то есть по клеточной цитоархитектонике). Поля Бродмана оказались необычайно полезны, но всё же у ни были некоторые существенные минусы.
Во-первых, сам Бродман построил свою карту на материале всего одного мозга, взятого от умершего человека. В дальнейшем строение полей коры уточняли уже на более разнообразном материале, и к чистой морфологическим параметрам добавились функции: за что отвечает один участок, за что другой, и т. д. Однако чем больше нейробиологи узнавали о мозге, тем ясней становилось, что кору полушарий нужно картировать заново, используя несколько признаков одновременно.
За эту работу взялись Мэтью Глассер (Matthew F. Glasser) и его коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Оксфорда, Университета Миннесоты и Университета Неймегена. Они взяли массив данных магнитно-резонансной томографии (МРТ), накопленных в рамках проекта Коннектом Человека (напомним, что цель проекта Коннектом Человека в том, чтобы полностью описать структуру связей в нашем мозге).
Исследователей интересовали результаты структурной МРТ, которая позволяет установить, например, толщину тех или иных участков коры и другие подобные особенности, и функциональной МРТ, с помощью которой можно увидеть функцию той или иной зоны мозга. При этом мозг во время сканирования может отдыхать, и тогда мы различим его базовую функциональную топографию, или же выполнять какое-то задание – и тогда мы увидим, какие участки работают над конкретной процедурой. Для построения новой карты коры использовали данные фМРТ, полученные при выполнении семи заданий, от аудиотестов до математических задач.
Таким образом, алгоритм, который искал в коре функциональные поля, должен был оперировать сразу несколькими параметрами, структурными и функциональными. В итоге удалось обнаружить целых 180 полей в каждом полушарии, 83 из которых ранее уже были описаны в литературе, а вот 97 оказались доселе неизвестными.
Алгоритм работал с результатами МРТ-сканирования 210 добровольцев проекта Коннектом Человека, и сразу же возникал вопрос, удастся ли определить те же зоны у других людей? Не получится ли так, что карта из 180 полей имеет смысл только для тех двух сотен человек, на которых обучали вышеупомянутый алгоритм?
Но когда попытались проанализировать набор МРТ-данных от «посторонних» людей, то у них зоны коры определялись почти так же. Более того, авторы работы также смогли определить индивидуальные отличия между теми или иными участками. (На всякий случай уточним, что индивидуальные отличия не означают, что мозг у одного устроен так, а у другого – иначе, просто зоны могут работать с разной эффективностью и быть в раной степени развитыми; аналогичным образом, если мы видим рядом высокого человека и малорослого, мы не говорим, что у них разный план строения.)
Очевидно, что новая карта (описанная в статье в Nature) пригодится как в фундаментальной науке, так и в медицине. Правда, и у неё тоже есть свои минусы, связанные, в первую очередь, с тем, что у МРТ всё-таки недостаточно высокое пространственное разрешение, то есть кора мозга может на самом деле делиться на ещё большее число полей.
С другой стороны, предстоит ещё выяснить, как устроены новые 180 зон на уровне клеток, синапсов и их молекулярных характеристик. Ну и, наконец, не будем забывать про недавнюю работу, поставившую под вопрос тысячи и тысячи результатов МРТ-сканирования – будем надеяться, что новая карта коры от этого разоблачения не слишком пострадает.
Читайте также:
Почему фМРТ видит то, чего нет
Томография мозга нередко даёт ложноположительные результаты из-за особенностей своего программного обеспечения, которое видит несуществующее сходство между разными участками мозга.
Карта мозга человека с описанием зон
Наиболее широко используют карту полей Бродмана, на которой кора разделена на 44 цитоархитектонические зоны (его схема была расширена до 52 полей, однако не все поля использовали). Большая часть полей представлена на рисунке ниже, однако четких границ между этими полями не существует. (Эти числа часто используют для обозначения функциональных областей, хотя Бродман отвергал подобную корреляцию.)
На рисунке ниже разным цветом выделены три основные первичные сенсорные зоны (соматическая, зрительная и слуховая) и одна первичная моторная зона. Рядом с каждой первичной сенсорной или моторной зоной расположена ассоциативная кора—унимодальная ассоциативная зона (той же модальности). Остальная часть новой коры представлена мультимодальными (полимодальными) ассоциативными зонами, к которым подходят волокна от многих унимодальных ассоциативных зон (например, от зон тактильной и зрительной чувствительности, зрительной и слуховой) и других мультимодальных или паралимбических областей.
Цитоархитектонические поля Бродмана. Окрашенные зоны:
а) Моторная (красная):
4 — первичная моторная кора
6 — на медиальной поверхности, дополнительная моторная зона
6 — на латеральной поверхности, премоторная кора
б) Сенсорная (голубая):
3/1/2 — первичная соматосенсорная кора
40 — вторичная соматосенсорная кора
17 — первичная зрительная кора 18,
19 — ассоциативная зрительная кора
41, 42 — первичная слуховая кора*
22 — ассоциативная слуховая кора
(*Первичную слуховую кору не всегда можно увидеть сбоку, так как она полностью расположена на верхней поверхности верхней височной извилины.)
Изучение функциональной анатомии. Термином коннектом обозначают «полную карту нейронных связей, охватывающих все функции мозга». Однако для создания законченной функциональной карты человеческого мозга требуется объединить эмпирические данные со структурными связями, при этом многое все еще остается неизвестным. Современные подходы создают уникальные возможности для достижения этой цели с помощью новых возможностей обработки и хранения данных, нейрофизиологических исследований и магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющих получить изображения головного мозга живого человека.
Новые достижения в понимании устройства мозга ознаменовались смещением приоритета с отдельных зон коры на рассмотрение всех отделов и взаимосвязей как единого целого. Были разработаны новые теоретические и методологические схемы, позволяющие описывать и прогнозировать сложную системную динамику путем использования сетевого анализа и математических методов, основанных на теории графов. В сетевых моделях используют совокупности «элементарных» корковых единиц и их взаимодействия, чтобы показать появление функционирующих участков в динамике или «поймать мозг в действии».
Эти модели остаются ограниченными известными взаимосвязями между зонами коры, а существование некоторых взаимосвязей было предположено по результатам исследований у приматов. Однако данные модели позволяют предположить наличие взаимосвязей или проводящих путей, существование которых структурно не доказано, на основании типа реакции. Несмотря на прогресс в исследовании проводящих путей и взаимосвязей в коре при лучевой диагностике мозга живого человека благодаря использованию нейрорентгенологических методов и математического моделирования, внедрение новых и продолжение использования «старых» техник изучения нейроанатомии необходимо для получения структурных свидетельств существования этих проводящих путей и возбуждающих нейронных систем.
Для «определения и локализации» функций головного мозга используют преимущественно две методики. В основе обеих лежит регистрация локального усиления кровотока в ответ на повышенную потребность мозга в кислороде в результате увеличения нейронной активности.
1. Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). С помощью позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) измеряют потребление кислорода после введения в вену предплечья воды, меченной кислородом-15 ( 15 O). 15 O — излучающий позитроны изотоп кислорода; в крови позитроны реагируют с окружающими электронами и испускают у-лучи, которые регистрируют детекторы γ-лучей. Для измерения уровня потребления глюкозы используют также 18-фтордезоксиглюкозу ( 18 F-дезок-сиглюкоза). Нейроны захватывают 18 F-дезоксиглюкозу в той же степени, что и глюкозу.
Для правильной интерпретации данных ПЭТ требуется выполнение вычитания изображений и усреднения изображений, описанных под рисунком ниже. Аналогичная методика извлечения сигнала описана для функциональной МРТ (фМРТ).
При проведении специализированных исследований (например, при определении суммарной функции рецепторов) используют меченные изотопом химические вещества: меченный радиоизотопом дофамин в полосатом теле при болезни Паркинсона, меченный радиоизотопом серотонин в стволе мозга и коре больших полушарий при депрессии, меченую ацетилхолинэстеразу при болезни Альцгеймера.
2. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). При фМРТ не требуется введения дополнительных веществ. Метод основан на различии в магнитных свойствах оксигенированной и неоксигенированной крови. Если локального усиления кровотока более чем достаточно для покрытия потребности в кислороде, повышается коэффициент отношения оксигемоглобина к дезоксигемоглобину, что ведет к образованию MPT-сигнала. Функциональные и структурные взаимосвязи можно выявить при взаимном изменении или колебании интенсивности фМРТ-сигнала в различных корковых зонах даже при отсутствии «прямых» кортикальных связей. Приведенные ниже данные были получены с помощью функциональных методов исследования, клинических наблюдений и результатов экспериментов на животных.
Вычитание изображений и усреднение изображений при позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).
Верхний. Контрольное среднее изображение получено у пациента в покое. Захват 15 O происходит во всех отделах коры и подкоркового серого вещества.
Левое изображение получено у того же пациента, следящего за движущимися по экрану точками.
Высокий уровень фоновой активности скрывает результат исследования. Правое изображение получено вычитанием контрольного изображения и позволяет увидеть повышенную активность зрительной коры при выполнении зрительной задачи.
Средний. Аналогичную задачу выполняли другие четыре пациента. Вычитание фонового «шума» позволило выявить значительные различия между пациентами.
Поскольку размеры мозга у людей варьируют, активность мозга у этих пятерых пациентов была наложена на общий, «средний» мозг (хотя мозг на всех рисунках изображен одинаково). Нижний. Усредненное значение пяти исследований указывает на среднюю разницу в этой группе.
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 22.11.2018
