柳叶刀子刊报道神奇病例,损失1/4大脑皮质的他竟与常人无异!

2021
04/09

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也许,在不久的将来,科学家就能通过控制大脑重塑,让那因脑部受损失去行动能力的患者重获新生。


中风」,是一个让所有老人都畏惧的字眼。


图片来源:世界中风组织


根据世界中风组织的统计,全球范围内每年有 550 万人因为中风死亡,其中绝大多数是中老年人。就算患者从中风幸存,他们中的很多往往也会失去生活自理的能力,给家庭带来沉重的负担。


多年来,如何预防与减轻中风所带来的影响,一直是生物医学领域一直关注的重点

 

 

2021 年 4 月 1 号,来自华盛顿大学的 Timothy O Laumann 团队在医学顶刊柳叶刀的子刊 Lancet Neurology 发表了题为:Brain network reorganisation in an adolescent after bilateral perinatal strokes 的文章, 报道了一起离奇的中风案例。这位患者在出生后三周就不幸中风,却一直像正常人一样生活。直到十三岁时,该患者才因自己行为的与众不同,被发现由于中风损失了四分之一的大脑皮质


这个离奇的案例展现出大脑在婴幼儿时期强大的重塑能力,也为中老年人中风的治疗带来了启示



13 岁的丹尼尔是一名七年级棒球队队员,他有着一项特别的能力,那就是他的左手比所有的同龄人的都要灵敏。

 

这种异常在丹尼尔一岁时就有体现。与大多数孩子 2-3 岁才决定自己的惯用手不同,丹尼尔在蹒跚学步时就表现出来了明显的左撇子特征。丹尼尔的父母为此带丹尼尔进行了各种体检,却一直找不到丹尼尔拥有超常左手能力的原因。

 

直到 13 岁这一年,华盛顿大学医学院医生与研究团队才发现丹尼尔异常的原因,那就是丹尼尔在出生三周后就患了中风。丹尼尔之所以有着无与伦比左手灵活性,是因为这场中风影响了丹尼尔右手的一些功能。

 

研究团队对丹尼尔进行了详细的大脑扫描。发现丹尼尔损失了 259 立方厘米的大脑,占丹尼尔上脑组织的 20%,这意味着的丹尼尔的皮质比正常人少接近四分之一。



为了研究丹尼尔的大脑功能,研究团队对丹尼尔进行了功能性磁共振成像(fMRI),以探究丹尼尔左右手活动对应的脑区。结果显示,丹尼尔右脑中央沟内对应左手功能的控制区域依旧完整,但其左侧脑区对应右手控制部分则消失不见。为了维持丹尼尔右手的正常运作,丹尼尔的大脑将控制右手运动脑区进行了位置上的迁移。与右脑中控制左手运动的脑区位于中央沟不同,丹尼尔控制右手运动的脑区位于左脑的中央后回,两侧根本不对称。这意味着在丹尼尔中风后,他的大脑控制手功能的脑区进行了重新划分。


 

通过与正常人手部控制脑区的对比,研究团队发现丹尼尔的右脑中控制左手运动的区域与常人无异,但控制右手运动的左脑脑区则完全不同。



随后,研究团队也描绘出了丹尼尔各个脑区功能的完整图谱,发现尽管丹尼尔控制各个功能的脑区位置与常人相比截然不同,但丹尼尔大脑的功能非常齐全。这说明在丹尼尔中风后,他的大脑不仅仅是对控制手部的脑区位置进行了调整,还对所有脑部功能对应区域进行了重新划分,是一次彻底的「重塑」,

 

这种重塑,也保证损失了 25% 大脑皮质以及 20% 上脑体积的丹尼尔,除了左手异常灵活之外没有其他的异常。

 

对于这种程度的脑损伤,按照以往的经验,医学界会认为丹尼尔根本无法存活至今,或者至少会经历严重的功能丧失。但事实上,丹尼尔在 13 岁被发现大脑的损伤后度过了愉快的 9 年,还获得了大学学历,现在也在一家自动化公司开始了新的生活。

 

除了 MRI 结果以及丹尼尔的「神之左手」,没有任何迹象表明丹尼尔失去了四分之一的大脑皮质。

 

研究意义:

 

该研究所报道的案例尽管只是孤例,但研究团队通过 fMRI 技术构建出了这个独特病例的脑功能图谱,并证实了婴幼儿时期的脑部损伤可以通过「重塑」功能分区保留几乎所有的脑部功能,体现人类婴幼儿大脑强大的重塑能力。

 

在今后的研究中,研究团队将进一步探究大脑重塑的能力,理解是什么让丹尼尔如此奇特。如果我们能够利用这种重塑,那么将会给老年中风患者的治疗带来全新的可能。

 

延伸阅读:

 

来自华盛顿大学的研究团队之所以能发现丹尼尔的脑部重塑之谜,得益于团队多年来用 fMRI 研究脑部功能的积累。

 

 

早在 2015 年,本文的通讯作者 Timothy O Laumann 就带领团队在 Neuron 上发表了题为:Functional System and Areal Organization of a Highly Sampled Individual Human Brain 的论文, 该研究通过静息态功能连接(Resting State Functional Connectivity,RSFC)对个体的功能性脑区组织给出了详细的描述。

 

 

2 年后,研究团队再次在 Neuron 上发表了题为:Precision Functional Mapping of Individual Human Brains 的研究, 对他们使用 fMRI 进行个体脑区功能划分进行了优化,并用大量的人体数据,证明了他们的方法有着极高的准确性与可重复性。

 



之后,该研究团队利用自己建立的方法,深入探究了人类「废弃」大脑回路的功能,并证明了「废弃」大脑回路的可塑性与巨大的潜力。相关研究以 Plasticity and Spontaneous Activity Pulses in Disused Human Brain Circuits 为题刊登在 2020 年的 Neuron 之上。

 

值得注意的是,这个三个研究都指出了关键性的一点,那就是不同个体之间的脑区功能分布可能有很大的差异

 

本次对丹尼尔的研究,也进一步证实了这一点。

 

同一群正常人脑区功能分布的平均值相比,丹尼尔的脑区功能分布可谓是天壤之别,这种差异使得丹尼尔可以在缺失大量脑组织的情况依旧正常生活。也正是得益于研究团队对大脑功能循序渐进的研究,我们才得以揭开丹尼尔缺失的大脑之谜。

 

也许,在不久的将来,科学家就能通过控制大脑重塑,让那因脑部受损失去行动能力的患者重获新生


参考文献:

1.Laumann, T.O., et al., Brain network reorganisation in an adolescent after bilateral perinatal strokes. The Lancet Neurology, 2021. 20(4): p. 255-256.

2.Laumann, Timothy O., et al., Functional System and Areal Organization of a Highly Sampled Individual Human Brain. Neuron, 2015. 87(3): p. 657-670.

3.Gordon, E.M., et al., Precision Functional Mapping of Individual Human Brains. Neuron, 2017. 95(4): p. 791-807.e7.

4.Newbold, D.J., et al., Plasticity and Spontaneous Activity Pulses in Disused Human Brain Circuits. Neuron, 2020. 107(3): p. 580-589.e6.


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关键词:
柳叶刀,病例,大脑,脑区,中风,研究

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