Связи между структурами мозга - один из самых сложных аспектов нейроанатомии человека, поскольку количество структурных связей выросло в геометрической прогрессии , что можно назвать «эрой DTI матрицы структурных связей" или просто "эрой DTI" (диффузионного тензорного изображения). Можно смело скзать, что внедрении методов DTI произвели революцию в исследованиях структурных связей мозга.
Микромасштабный и макромасштабный уровни связей
В зрелом мозге связи опосредуются специфическими путями волокон и точно организованы по отношению к конкретным архитектоническим областям. Архитектуру мозга можно описать в терминах разных масштабов. «Микромасштабное» (микроскопический или ультраструктурный уровень) , причем, описание на уровне синапса важно для выяснения основ сомальной и аксодендритической архитектуры. Другой уровень объяснения нейроанатомической организации — это региональная цитоархитектоника и связи. Можно назвать этот уровень «макромасштабным», описывающим области мозга, например, области Бродмана, и связанные с ними волокна. Макромасштабный уровень очень полезен для корреляции анатомии с конкретным поведением и функциями и может быть решен с помощью современных методов нейровизуализации in vivo .
Методы исследования связей
На сегодняшний день набор основных трактов белого вещества у человека достоверно очерчен с использованием традиционных гистологических методов. Это пути волокон, отвечающие за двигательные и сенсорные функции, которые имеют непосредственное клиническое значение и являются фундаментальным компонентом рутинного неврологического обследования в клинических условиях. Однако с количественной точки зрения эти пути составляют лишь около 10% от общего количества связей белого вещества головного мозга. Остальную часть составляют корково-кортикальные ипсилатеральные пути ассоциативных волокон и комиссуральные пучки. Таким образом, 90% волокон головного мозга отвечают за когнитивные и эмоциональные функции и являются относительно игнорируемой частью структуры мозга в клинической неврологии. Точное происхождение и окончание этих волокон у людей не установлено; только их стебли были очерчены на посмертном материале, а в последнее время - с помощью трактографии DTI. Эти волокна у людей были идентифицированы и прослежены в посмертном материале с использованием таких методов, как микродиссекция белого вещества (например, метод Клинглера ). Эти методы на людях не позволяют полностью очертить проводящие пути мозга, но появляются такие методы, как расширенная микроскопия, а также оптическая когерентная томография. Другие используемые методы включают трехмерную визуализацию в поляризованном свете. В настоящее время существуют доступные подходы к людям, которые позволяют определить начало, ствол или траекторию, а также окончание мозгового пути, но они ограничены относительно короткими расстояниями, обычно 5 мм–1,5 см. Такие методы позволили лишь ограниченно понять структурные связи человеческого мозга и не показывают точное начало и окончание волоконных путей.
Трактография
Трактография DTI в настоящее время является основным источником информации для нашего понимания анатомической связи человека, что делает ее ценным инструментом для сравнительных или проверочных исследований структурной связи у людей. Таким образом, с помощью DTI еще не удалось создать полный набор волоконных трактов в мозге экспериментального животного или человека. Очевидно, что трактография DTI произвела революцию в области структурных связей человека, о чем свидетельствует большое количество публикаций за последние два десятилетия. Тем не менее, эти данные редко подтверждались, как это было подробно описано Rushmore et al. Однако методы отслеживания волокон на основе DTI еще не продемонстрировали способность точно определять начало и окончание конкретных волоконных путей . В частности, используя сегментацию на основе DTI и трактографию DTI, многочисленные группы смогли очертить стебли, то есть отдельные пучки белого вещества. DTI позволил исследовать связи человеческого мозга; однако на сегодняшний день DTI слишком груб, чтобы полностью объяснить макромасштабный уровень церебральных связей, особенно с точки зрения точных областей происхождения и завершения .
Атласы волокон мозга
Среди учебников, монографий и атласов, описывающих набор волокон мозга человека, Дежерин и Дежерин-Клюмпке (Dejerine and Dejerine-Klumpke_ представили наиболее полную работу по волоконным путям человека. Важно отметить, что их наблюдения включали пути ассоциативных волокон. Недавно была предложена комплексная количественная система парцелляции белого вещества головного мозга на основе магнитно-резонасной томографии, которая подразделяет белое вещество головного мозга на 49 поверхностных и 19 глубоких единиц парцелляции белого вещества (PU) на одно полушарие. Эта структура учитывает анатомическая индивидуальность исследуемого мозга, а также топографию различных путей волокон белого вещества в конкретных, поддающихся количественному измерению PU. Недостатком этой исходной схемы является то, что она не предоставляет явных систематических списков для каждой области коры или PU предполагаемых корковых и подкорковых областей, имеющих общие связи с данной PU.
Матрица
Сегодня мы имеем макромасштабный уровень предполагаемых структурных связей головного мозга человека в эпоху до DTI как функцию PU в форме матриц. Матрица в данном контексте — это организационная конструкция, воплощающая анатомические знания о корковых областях и связях. Матрица связности может быть выражена через начало и окончание (качественная матрица) и может включать топографическую и количественную информацию (топографическая матрица и количественная матрица).
Волокна
Пути мозговых волокон различаются по своему началу и окончанию, а также по топографии, траектории и размеру их стволов. Ассоциативные волокна происходят преимущественно из кортикальных слоев II и III извилин головного мозга и обычно следуют криволинейной траектории, заканчиваясь в слоях II, III и IV целевых извилин. Если соединенные между собой извилины примыкают, например, верхняя лобная извилина (F1) и средняя лобная извилина (F2), можно присвоить тип расстояния 1 для обозначения «интрагиральных»/«юкстагиральных» связей. Если определенные области мозга не соседствуют, а находятся в одной доле, например F1 и нижняя лобная извилина (F3), то можно присвоить тип расстояния 2 для обозначения «внутридолевого» соединения. Напротив, если соединенные извилины еще более удалены и являются частями разных долей, можно обозначить их , как тип расстояния 3 для обозначения дальнего «междолевого» соединения. Если известно, можно указать конкретный ассоциативный волоконный тракт дальнего действия, участвующий в этом соединении. Эта схема соответствует анатомическому наблюдению, согласно которому самые короткие и наиболее поверхностные волокна белого вещества, или U-волокна, проходят под дном борозды и огибают его U-образной формой, заканчиваясь на стенках двух соседних извилин. Таким образом, U-волокнам в этой системе присвоен тип юкстагиральных (для короткодействующих 1-го типа). Кроме того, другие волокна соединяют извилины, расположенные в более отдаленных участках в пределах одной доли или разных долей полушария. Эти волокна, проходящие более глубоко в белом веществе головного мозга и образующие компактные стебли переменной длины, относятся к типу внутридолевые для среднемагистральных (тип 2) и «междолевые» для дальномагистральных связей (тип 3).
Структурные связи характеризуются названием анатомического пути. Представлены наборы областей, соединенных SLF - нижним продольным пучком, поясным пучком, затылочно-лобным пучком, крайней капсулой, крючковидным пучком, внутренней капсулой, кортикопонтинным, кортикостриарным и миндалевидным путями. Обычно предполагается, что мозолистые связи присутствуют между каждой областью коры головного мозга и ее гомотопической контралатеральной областью. Хотя в мозге человека были выявлены и гетеротопические мозолистые связи.
Реальности связей
Полагаю, что нейропсихиатрия может работать с четырьмя онтологиями, то есть четырьмя реальностями, о которых мы точно не знаем, в какой степени они связаны и могут быть переведены друг в друга. Одной из них является анатомическая реальность, которую мы можем непосредственно наблюдать и характеризовать с помощью анализа поражений на основе Т1-МРТ. Другая — это коннекционистская реальность, которую можно охарактеризовать термином DTI. Третий — довольно абстрактный, функциональный, который можно представить с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Например, если дугообразный пучок поврежден, при DTI могут возникнуть определенные паттерны, которые будут соответствовать данным функциональной MRI, а другие — нет. Однако существуют эти две реальности, то есть связная и функциональная, которые должны иметь некоторую корреляцию. Наконец, четвертая онтология – "поведенческая" (психопатологическая ), т. е. клиническая симптоматическая или синдромальная. Если бы мы могли сопоставить эти четыре реальности друг с другом, перед нами открылось бы несколько возможностей. Эта матрица мозговых связей создает возможность довести это усилие до крайности, то есть сопоставить эти четыре реальности друг с другом. Технически это можно сделать, наложив на матрицы связности «фильтры». Эти фильтры будут основаны на функциональной и поведенческой основах, а именно будет функциональный и поведенческий фильтр. Например, при болезни Альцгеймера мы могли бы взять протестированную когнитивную реальность и попытаться предсказать, что случилось с анатомическими связями мозга. Тогда мы могли бы распространить это исследование на функциональные связи мозга, а затем задаться вопросом, как организация системы распадается при дегенеративных заболеваниях и как это может иметь очень мало отношения к тому, как она повреждается очаговым поражением. И это интересная гипотеза, которую можно проверить.
С анатомической точки зрения белое вещество головного мозга содержит аксоны, обслуживающие корково-кортикальные, комиссуральные, кортико-подкорковые и мозжечковые связи через системы ассоциативных, комиссуральных и проекционных волокон. Морфологически мы можем выделить три различных компонента пучка волокон, а именно: (а) компактную часть или «стержень», где аксоны соединяются вместе, образуя отдельный пучок; б) зона «распыления», где аксоны расходятся веером; и (c) дистальные или крайние периферические «начала» и «окончания», где аксоны начинаются или заканчиваются в сером веществе («крайняя периферия»). Современные возможности пространственного разрешения методов диффузной визуализации позволяют надежно очертить стволы волоконных путей у людей.
Знание того, как повреждение или структура мозга, представленная на нейровизуализации в виде ROI, взаимодействует с остальной частью мозга, является важным, но часто остающимся без ответа вопросом в клинической нейробиологии. Каждый ROI связан с остальным мозгом по-разному с точки зрения классов связей и количества волокон. Эти связи организованы таким образом, чтобы на свойства «тесного мира» мозга можно было эффективно воздействовать. Эту качественную схему структурно-анатомической связи необходимо преобразовать в количественное выражение относительного влияния или веса этих различных волокон.
Добавить комментарий