Реле и выше

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1187 (2022) Цитировать эту статью

2817 Доступов

1 Цитаты

40 Альтметрика

Подробности о метриках

Почти все функциональные процессы в коре сильно зависят от таламических взаимодействий. Однако с точки зрения функциональных взаимодействий с корой головного мозга ядра таламуса человека до сих пор отчасти представляют собой terra incognita. Следовательно, для более глубокого понимания таламо-кортикального сотрудничества важно знать, как различные ядра таламуса связаны с корковыми сетями. В настоящей работе изучаются специфичные для сети связи и топическое картирование областей коры таламуса, связанных с задачами. Исследование показывает, что релейные ядра и ядра таламуса более высокого порядка демонстрируют переплетенную функциональную связь с различными кортикальными сетями. Кроме того, исследование показывает, что специфичные для реле ядра таламуса участвуют не только в специфическом для реле поведении, но и в функциях более высокого порядка. Исследование обогащает наше понимание взаимодействия между крупномасштабными корковыми сетями и таламусом, что может заинтересовать более широкую аудиторию в области нейробиологии и клинических исследований.

Ядра таламуса и корковые области образуют переплетающиеся сложные петли связи. Впоследствии эти петли играют жизненно важную роль в корковой обработке данных, направляя сигналы и временно связывая их с областями коры для сенсорных вычислений, кортикальной обратной связи1,2,3,4, частотно-специфической подкорковой и кортикальной регуляции возбуждения5 и контроля повторяющейся корковой динамики6. Непрерывные таламические рекуррентные петли обеспечивают прогнозирующее кодирование различных состояний мозга, которые работают как часы, используя периодические всплески и паттерны заблокированных колебаний7. Следовательно, многие исследования демонстрируют участие таламуса в моторных, сенсорных, лимбических, когнитивных функциях и функциях высшего порядка, включая сознание, рабочую память, возбуждение и внимание8,9,10,11. Следовательно, более глубокое понимание функций мозга требует детального изучения кортико-таламической системы, которая может служить потенциальным биомаркером для диагностики психических и психиатрических расстройств. Такое более детальное понимание кортико-таламических взаимодействий может также быть полезным для глубокой стимуляции мозга и других интервенционных подходов. До сегодняшнего дня мы все еще находимся на начальном этапе понимания деталей кортико-таламических взаимодействий у человека.

Функциональная магнитно-резонансная томография в состоянии покоя представляет собой мощный и широко используемый инструмент для косвенного изучения спонтанных колебаний активности нейронов головного мозга человека с использованием контраста, зависящего от уровня кислорода в крови, в отсутствие задач12,13,14,15. Пространственная протяженность таких функциональных сетей состояния покоя (RSN) может быть отображена путем обнаружения пространственно-временных корреляций между различными областями коры16. ФМРТ в состоянии покоя успешно применяется для определения растущего числа корковых сетей17,18. Более того, было показано, что большинство RSN постоянно и динамически активны даже в состоянии покоя и что существует пространственное соответствие между поведенческими сетями и сетями связи, возникающими в состоянии покоя18,19. В основополагающей статье Смит и др.12 выявили предметно-специфическое поведенческое соответствие областей коры с пространственно-временными свойствами 10 различных RSN.

Однако для неповрежденных кортико-кортикальных функциональных связей необходим таламус. Таким образом, кортикально детерминированный RSN передает лишь частичную информацию и не может дать полную картину того, как функциональные сети действуют как система в мозге. В нескольких исследованиях изучалось участие таламуса в функциональных сетях20,21,22,23,24,25,26,27, во время выполнения задач 28–31 и остальных28,29. Однако таламический анализ всегда сталкивается с особыми трудностями, поскольку их структурные подразделения не могут быть удовлетворительно различены при визуализации in vivo. Следовательно, определение ядер и групп ядер преимущественно опирается на гистологические и экспериментальные исследования30,31,32, а функциональное приписывание различным поведенческим областям все еще отсутствует.