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不可思议!大脑被切掉一半还跟正常人一样,科学家首次发现了其中的秘密

来源:中检健康 编辑:中检健康 时间:2019-12-02
大脑是一个神秘的器官,分为左脑和右脑,它们通过建立复杂的神经网络进行交流,几乎承载了我们所有的智能活动(注意、学习、记忆、沟通和决策等),还主导机体内一切生理活动,并调节机体与周围环境的平衡。
  
在人们印象中,左脑和右脑缺一不可,但世界上还真有半个脑袋存活下来的。
  
最近发表在《 Cell Reports》的一项研究表明:6名患者大脑一半被切掉后,可以像正常人一样生活,并首次解释了其中的原因。
  
这个研究还是非常令人惊讶的。要知道,左右大脑连接紧密,还各司其职,如右侧的肢体活动主要受左脑控制,而左侧的肢体活动主要受右脑控制,大脑被切掉一半后还能像正常人一样生活,另一半大脑是怎么做到的呢?
  
没有被切掉的大脑变得更强大
  
我们先来简单了解一下这个研究,6名患者(HS 1-6)在儿童时期因为患病进行了半大脑切除术,有2个儿童进行了左半球切除术,4个儿童进行了右半球切除术。
  
在这6名儿童长大成年后(20岁~29岁之间),来自加州理工学院(the California Institute of Technology)等众多机构的研究人员为了探讨这6名患者半球大脑的内在功能连接性,另选取了6人作为对照组(CNT; n = 6),让他们在放松的情况下(有助于排除外界的干扰)以及在序列参数相同的脑功能磁共振成像(fMRI)下进行大脑扫描,通过追踪血液氧合水平依赖性信号(BOLD)评估大脑各模块的活动情况。
  
第一作者Dorit Kliemann表示,“当我看到电脑里面的fMRI图像只显示出一半的大脑时,我还是非常惊讶的,因为这些图像竟然来自和我刚刚一起聊天和走路的那些人。”
  
研究人员运用两种不同层级的模块方式对受试者和对照组进行不同分块的研究。有研究证明,大脑的不同区域处理不同的消息,如躯体运动中枢、躯体感觉中枢、视觉中枢、听觉中枢、语言中枢......
  
研究人员为了证明大脑这种“功能”的普遍性,还设立了一个大样本数据集,也就是跟之前的脑基因组学超级项目(Brain Genomics Superstruct Project,GSP)的参与者进行比较,包含一个T1加权相结构MRI扫描结果,以及一个或两个静息状态下的功能MRI扫描结果。
  
在研究之前,研究人员Dorit Kliemann认为大脑各模块之间的连接性会变弱,可是结果却恰恰相反,发现被切除半个大脑的这6名患者各模块之间的连接性都得到了显著的提高。
  
从上图(A)中,灰色柱形图代表GSP数据分布、蓝色代表CNT、红色代表HS,我们可以明显看出各模块外部连接显著增加,模块内部也显示出了和对照组一样强而等效的连接性。从上图(B)中,除了一名HS3患者,所有半球切除术患者模块之间的连接性得到了显著的提高。
  
也就是说这6名患者尽管失去了一半大脑,但是还是像正常人一样生活,主要原因是剩余的一半大脑得到了加强,也就是大脑各模块的连接紧密性得到了显著提高,弥补了缺失大脑带来的影响,这也可能反应了模块之间的相互作用可能是半球切除术患者功能重组的特征。
  
尽管大脑半球切除术已经有一定发展,但还一直不清楚大脑究竟发生了什么转变,这项研究首次从大脑内在结构上展示了大脑内在的变化。
  
大脑可塑性非常强大
  
首次大脑半球切除术其实可以追踪到1926年,美国神经外科医生Walter Dandy医生首次为一名患有大脑胶质肿瘤的病人切除了半个大脑,并且取得了成功。
  
文献中还有许多其他案例记录了大脑强大的可塑性:
  
例如,发表在《生命科学》上的一个报道,一个小男孩的右半大脑三分之一被切除,切除的大脑包括负责视力的部分。几年后,神经科学家发现小男孩左侧大脑开始承担缺失的视觉任务,而且小男孩可以看得很清晰。
  
例如,发表在《柳叶刀》上面的一个白领案例,也展示出了大脑强大的可塑性。一名44岁法国男子的脑部做CT和核磁共振扫描后惊讶地发现,其脑室里充满了脑脊液,原本正常的脑组织由于受挤压薄得像一张纸。令人吃惊的是,这位“几乎没有大脑”的患者智商竟有75,不仅像正常人一样娶妻生子,甚至还干着政府公务员的差事。
  
例如,发表在《健康时报》的一个例子,17岁的刘俏因为癫痫就医,去医院结果发现她在右脑已经毫无用处,甚至还拖后腿,给正常的左脑添麻烦捣乱,这也是引发癫痫的原因。医生建议她做半脑切除术,虽然当时她和家人都感到不可思议,但没有其他好的治疗办法。好在手术进行的很成功,如今刘俏已经结婚生子,有一个幸福美满的家庭。
  
这些案例足以说明,脑组织可塑性非常大,在适当情况下,能够自动适应脑损伤。
  
讲到这里,可能会有人疑惑,为什么脑梗死、脑出血等疾病,可能只是损伤了小部分脑组织,为什么会带来严重的后果,如偏瘫、失语、死亡。
  
在这项研究中,研究人员提到了一个关键的问题,可能只有在儿童时期进行过半球切除术的患者,才可能会保持惊人的重塑能力。
  
但不管怎样,研究人员希望能了解大脑受伤或中风后,大脑应该如何自我修复,以及大脑正常区域如何补偿受损或丢失的区域,并采取有针对性的干预策略,来帮助更多的脑损伤患者。
  
最后,给大家普及一下什么是大脑半球切除术,指开颅将整个大脑半球皮质及其下方的白质和部分基底节一同切除,仅保留丘脑和下丘脑的一种手术。一般来说,切除大脑半球会对运动、人格和记忆产生严重影响,但特殊情况下,一个大脑半球严重受损,切除后对人体功能影响不大或者可逐步恢复,接受手术者年龄越小其功能恢复能力越强。
  
参考文献:
[1]Feuillet, L., Dufour, H., and Pelletier, J. (2007). Brain of a white-collar worker.Lancet 370, 262.
[2]https://www.livescience.com/hemisphere-removed-brain-plasticity.html
[3]https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S2211-1247%2819%2931381-6

文章来源:39健康网
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