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2018
03-29

研究人员在Phineas Gage的大脑中绘制损坏的连接图


可怜的菲尼亚斯Gage。 1848年,佛蒙特州的Rutland和Burlington铁路的主管正在使用一个13磅3英尺7英寸的杆将爆炸粉装入岩石,当他触发一次爆炸,将杆从左颊推开他的头顶。正如当时所报道的那样,后来被发现的“沾满血迹和脑筋”的杖
盖奇事故的娱乐

奇迹般地,盖奇活了下来,成为神经科学史上最着名的案例 - 不仅因为他活了下来一个可怕的事故,导致他的左额叶的大部分被毁坏,但也因为伤害的报道对他的个性和行为的影响,据说是深刻的。盖奇从一个和蔼可亲的25岁变成了善良,不敬和亵渎的人。他的朋友和熟人说他已经不再是Gage了。

多年来,不同的科学家们一直在研究和争论Gage大脑皮层损伤的确切位置和程度及其对人格的影响。现在,加州大学洛杉矶分校的研究人员首次使用了科学迷失了十年的大脑成像数据,扩大了对Gage的研究,以考察连接大脑不同区域的白质“通路”加州大学洛杉矶分校神经病学助理教授杰克·范·霍恩(Jack Van Horn)在5月16日出版的“PLoS ONE”杂志上报道说,虽然约有4%的大脑皮质与杆的通道相交,但超过10%白质被破坏了。捣固铁的通过导致了整个盖奇脑部的白质连接的广泛损害,这可能是他经历的行为改变的主要原因。因为白质及其髓鞘 - 形成基础的神经纤维周围的脂肪涂层大脑连线 - 连接数十亿的神经元,使我们能够理智和记忆,这项研究不仅增加了Phineas Gage的知识,而且可能最终导致更好地理解由于类似的损伤而导致的多种脑部疾病“我们发现,连接左前额区域和大脑其余部分的白质的重大损失,”加州大学洛杉矶分校神经影像学实验室(LONI)的成员Van Horn说。 “我们认为,大脑”网络“的破坏会大大损害它。这可能对Gage先生的影响比对皮质的损伤更大,而他所宣称的性格改变也是如此。“LONI是与马萨诸塞州总医院和美国国立卫生研究院的雄心勃勃的合作项目的一部分,这是所有大脑的1000亿个神经元之间的微观连接 - 即所谓的“connectome”。因为映射大脑的物理布线最终将导致关于什么导致精神疾病的答案,这可能与这些连接的破裂有关,从历史的角度来看,Gage的脑部受到的伤害是合适的,也是历史上有趣的。由于Gage在哈佛医学院Warren解剖学博物馆展出的189岁的头骨现在变得脆弱,不太可能再次受到医学影像的影响,研究人员不得不追查最近已知的影像资料,从2001年开始,这些影像资料因为布里格姆和沃特作为哈佛大学附属医院的男子医院已有10年的历史了。作者能够恢复计算机断层扫描数据文件,并设法重建扫描图像,这些扫描图像显示出可用于模拟盖奇颅骨的最高质量分辨率。接下来,他们利用先进的计算方法来模拟和确定骷髅击中的捣固铁的确切轨迹。最后,由于原来的大脑组织当然已经很久了,研究人员使用与Gage的年龄​​和(右)手法相匹配的现代大脑男性脑部图像,然后使用软件将这110幅图像合成到Gage的虚拟头骨,假设Gage的解剖结构是相似的。范霍恩发现,约有11%的盖奇氏白质被损坏,4%的皮质受损。 “我们的工作表明,尽管皮质损伤仅限于左额叶,但捣固铁的通过导致整个大脑白质连通性的广泛中断,所以它可能是他经历的行为改变的主要贡献者,”范霍恩说。 “左额叶,左额颞叶和右额叶皮质和大脑的左边缘结构之间的联系失去了,这可能对他的执行官以及他的情绪功能产生相当大的影响。”而当盖奇的性格改变时,他最终能够在南美旅行和找工作作为一个驿马车司机好几年。最终,他在事故发生12年后在旧金山去世.Van Horn注意到一个现代的平行线,“白质连通性的广泛丧失,影响到两个半球,加上杆的直接损伤,这只限于左脑半球,与现代的患有创伤性脑损伤的病人不同。“ “这与某些形式的退行性疾病类似,如阿尔茨海默病或额颞叶痴呆,其中额叶中的神经通路退化,这已知导致深刻的行为变化。”Van Horn指出,量化对Gage脑部通路的改变可能为现代脑创伤患者的临床评估和结局监测提供重要见解。本研究的其他作者是Andrei Irimia,Micah C.Chambers,Carinna M.Torgerson和Arthur W. Toga,所有加州大学洛杉矶分校和哈佛医学院的Ron Kikinis。这项工作是作为Human Connectome项目(www.humanconnectomeproject.org)的一部分进行的。作者报告没有利益冲突。 加州大学洛杉矶分校神经影像实验室,旨在提高对大脑健康和疾病的认识,是发展先进的计算算法和科学方法的脑结构和功能的全面和定量测绘的领导者。该实验室是加州大学洛杉矶分校神经系的一部分,其中包括十几个研究,临床和教学计划。在国立卫生研究院的资助下,该部门在全国同行中名列前茅。