切除一侧大脑半球后，剩余大脑将如何补偿？

来源：科研圈

一项研究发现，儿童时期接受大脑半球切除术的个体成年后，剩余大脑半球中各部分之间的联系远超一般水平，从而得以实现原本需要整个大脑才能实现的功能。

图片来源：CALTECH BRAIN IMAGING CENTER

研究人员研究了 6 个童年时期因癫痫接受大脑半球切除术的成年人，发现他们剩余的大脑中各部分之间的联系远超一般水平，从而可能实现原本需要整个大脑才能实现的功能。这项调查大脑半球切除术后大脑功能的研究于 11 月 19 日在 Cell Reports 发表。

“我们所研究的切除大脑半球患者的大脑功能非常强大。他们有完整的语言能力，让他们进入扫描仪之前，我们进行了简短的交流，（他们的表现）和我之前扫描过的数百人没什么区别。”本研究第一作者、加州理工学院博士后研究员 Dorit Kliemann 说，“你第一次见到他们的时候，你甚至会忘记他们的身体状况。当我坐在电脑前，看到这些只显示半个大脑的 MRI 图像时，我还是感到非常惊讶。这些照片居然是来自刚才在我面前说话、走动的那群人，并且他们选择投入自己的时间为研究做贡献。”

研究参与者包括 6 名在童年时期接受过大脑半球切除术（hemispherectomy）的成年人和 6 名对照组。他们被要求躺在 fMRI 扫描仪中，放松并尽量保持清醒，与此同时研究人员追踪他们休息时的大脑即时活动。研究人员观察了大脑中控制视觉、运动、情感以及认知区域的网络。他们还与加州理工学院脑成像中心（Caltech Brain Imaging Center）收集到的大约 1500 组典型大脑的数据库进行了对比。

他们原本认为可能会在这些仅有一个大脑半球的人群的大脑里发现较弱的连接，因为在普通人的大脑中，这些网络通常是两个大脑半球之间的连接。但与此相反，他们居然在这个人群中发现了正常情况下全脑的连接，而且比对照组大脑中的连接更强。

研究开展期间，6 名参与者的年龄都在 20 多岁至 30 岁出头，但他们接受大脑半球切除术的年龄分布在 3 个月至 11 岁之间。他们接受手术的年龄范围很广，这让研究者得以深入地研究大脑受伤后如何自我重组。“这项研究可以帮助我们分析在差异巨大的大脑半球切除术患者身上，大脑组织怎样进行重组，这也有助于我们更好的理解一般的大脑机制。” Kliemann 说。

接下来，加州理工学院大脑半球切除术研究项目（hemispherectomy research program）计划重复并扩展这项研究，希望能更好地理解大脑在各种非典型性个体中如何发育、自我重构以及实现其功能。该项目由资深研究科学家、主要研究者（PI）Lynn Paul 领导，她任职于心理学、神经科学和生物学 Bren 纪念教授、加州理工大脑成像中心主任 Ralph Adolphs 的实验室。

“值得关注的是，有时候很小的大脑损伤都会产生毁灭性的影响，例如中风、自行车事故或肿瘤引起的脑损伤，而有些人仅有半个大脑也能正常生活。” Kliemann 说，“我们尝试着理解产生补偿机能的大脑重组机制。在未来，这项研究或许可以提供针对性的干预策略和不同的结果，以帮助更多的脑损伤患者。”

本文来自微信公众号“科研圈”。如需转载，请在“科研圈”后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。原始文章请点击“阅读原文”。

论文信息

【标题】Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemisphere

【作者】Dorit Kliemann, Ralph Adolphs, J. Michael Tyszka, Bruce Fischl, B.T. Thomas Yeo, Remya Nair, Julien Dubois, Lynn K. Paul

【期刊】Cell Reports

【时间】NOVEMBER 19, 2019

【DOI】10.1016/j.celrep.2019.10.067

【链接】https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2211124719313816 

【摘要】A reliable set of functional brain networks is found in healthy people and thought to underlie our cognition, emotion, and behavior. Here, we investigated these networks by quantifying intrinsic functional connectivity in six individuals who had undergone surgical removal of one hemisphere. Hemispherectomy subjects and healthy controls were scanned with identical parameters on the same scanner and compared to a large normative sample (n = 1,482). Surprisingly, hemispherectomy subjects and controls all showed strong and equivalent intrahemispheric connectivity between brain regions typically assigned to the same functional network. Connectivity between parts of different networks, however, was markedly increased for almost all hemispherectomy participants and across all networks. These results support the hypothesis of a shared set of functional networks that underlie cognition and suggest that between-network interactions may characterize functional reorganization in hemispherectomy.