Das Kleinhirn, Hirnrinde und Autismus sind miteinander verflochten

Überbrückung oder Unterbindung zwischen bestimmten Regionen des Kleinhirns und der Großhirnrinde sind mit Kindern mit Autismus-Spekturm-Störungen verbunden.

Quelle: SDSU Marketing und Kommunikation

Neurowissenschaftler haben einen neuen Marker für Autismus identifiziert, der auf einer abnormalen Konnektivität zwischen Kleinhirn und Großhirnrinde basiert. Diese Studie ist die erste, die Verbindungen zwischen der gesamten Großhirnrinde und dem Kleinhirn mittels fMRT-Bildgebung untersucht.

Kognitive Neurowissenschaftler an der San Diego State University (SDSU) entdeckten kürzlich, dass bei Kindern und Jugendlichen mit Autismus-Spektrum-Störung (ASD) die Verbindungen zwischen dem Kleinhirn und der Großhirnrinde in den sensomotorischen Regionen ihres Gehirns überentwickelt sind.

Auf der anderen Seite hatten Studienteilnehmer mit Autismus unterentwickelte Konnektivität zwischen Gehirnregionen, die in kognitiven Funktionen höherer Ordnung wie Entscheidungsfindung, Aufmerksamkeit und Sprache involviert waren.

Die April-2015 Studie, "Cerebro-zerebelläre Ruhezustand funktionale Konnektivität bei Kindern und Jugendlichen mit Autismus-Spektrum-Störung", wurde in der Zeitschrift Biological Psychiatry veröffentlicht .

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Die Erstautorin der Studie, Amanda Khan, ist eine ehemalige Master-Studentin an der SDSU und derzeit Doktorandin an der Suffolk University in Boston. Ralph-Axel Müller, ein SDSU-Psychologe, ist der korrespondierende Autor der Studie.

Für diese Studie baten die Forscher 56 Kinder und Jugendliche – 28 mit Autismus und 28 ohne die Störung -, sich auf einen Schwerpunkt zu fixieren, während sie über nichts Besonderes nachdenken, während sie fMRT-Gehirnbildgebungstechnologie verwenden, um die Gehirne der Kinder zu scannen. Die Erfassung dieser spontanen Aktivität erlaubte es den Forschern, die grundlegenden neuronalen Grundmuster jedes Teilnehmers zu untersuchen.

Kleinhirn in rot.

Quelle: Wikimedia Commons / Biowissenschaftsdatenbank

Typischerweise entwickeln sich die sensomotorischen Verbindungen zwischen Großhirnrinde und Kleinhirn in den ersten Lebensjahren. In einer Pressemitteilung sagte Müller,

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Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die frühen sich entwickelnden sensomotorischen Verbindungen im Kleinhirn auf Kosten höherer kognitiver Funktionen bei Kindern mit Autismus stark vertreten sind.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die höheren kognitiven Funktionen online zu gehen beginnen, sind viele der Verbindungen bereits spezialisiert. Wenn ein bestimmter Teil des Gehirns in einer Domäne bereits funktionell aktiv ist, gibt es möglicherweise keinen Grund dafür, dass das Gehirn später im Leben auf eine andere Domäne umschaltet.

In der frühen Kindheit wird ein Gerüst zwischen verschiedenen Hirnregionen aufgebaut, das die Grundlage für zukünftige neuronale Netzwerke schafft, die entweder durch Neuroplastizität zurückgeschnitten oder gestärkt werden. Der Schlüssel zum Lernen und Gedächtnis beruht auf dem "Feuer und Draht" -Prinzip, das eine Gehirnverbindung zwischen Gehirnregionen herstellt, die am effizientesten zusammenarbeiten.

Das Gehirn möchte gestrafft werden. Durch Plastizität schneidet Ihr Gehirn die Verbindungen zwischen scheinbar unnötigen Netzwerken und stärkt die Verbindungen zwischen Gehirnregionen, die robustere Kommunikationswege erfordern.

Neuronale Netze sind wie Telekommunikationsnetze.

Quelle: Öffentliche Domäne

Sie können sich die Milliarden von neuralen Verbindungen innerhalb und zwischen dem Kleinhirn und der Großhirnrinde vorstellen, wie die alten Telefonleitungen eines Versorgungsnetzes ähnlich denen in dieser Illustration von New York City von 1890.

Es scheint, dass bei Autismus die Überentwicklung der Konnektivität zwischen den sensomotorischen Regionen des Gehirns neuronale Netzwerke monopolisiert und die Verbindungsleitung hemmt, die typischerweise dazu bestimmt ist, höheren kognitiven Funktionen zu dienen.

Es ist so, als ob alle Kommunikationslinien bei Kindern mit ASS von sensomotorischen Verbindungen verschlungen werden, bevor die kognitiven Funktionsverbindungen höherer Ordnung die Chance bekommen, Teil der anderen Kommunikationsnetzwerke des Gehirns zu werden.

"Was auch immer das Kleinhirn tut, es macht viel davon"

Traditionell haben die meisten Neurowissenschaftler das Kleinhirn (lat. "Little Brain") als relativ einfach angesehen, um die Koordination und das Gleichgewicht der Muskeln zu überwachen. Herkömmlicherweise geben Neurowissenschaftler dem Kleinhirn wenig Aufmerksamkeit für höhere Exekutivfunktionen, Kognition, psychiatrische Störungen oder emotionale Regulation. Glücklicherweise entwickeln sich diese veralteten Vorstellungen des Kleinhirns schnell weiter.

Seit über einem Jahrzehnt widme ich mich der Aufklärung der Geheimnisse des Kleinhirns. Mein Vater, Richard Bergland, war Neurowissenschaftler, Neurochirurg und Autor von The Fabric of Mind (Viking). Er war besessen vom Kleinhirn und hat diese Obsession an mich weitergegeben.

Quelle: Wikinger Erwachsener

Das Kleinhirn ist nur 10 Prozent des Hirnvolumens, aber hält mehr als 50 Prozent der gesamten Neuronen des Gehirns.

Aufgrund dieses Missverhältnisses würde mein Vater immer sagen: "Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn tut, aber was immer es auch tut, es macht eine Menge davon."

Mein Vater hatte eine Ahnung, dass das Kleinhirn eine Rolle bei der kognitiven Funktion spielen könnte, aber das konnte er in seinem Labor nicht beweisen. Er wurde frustriert von den Einschränkungen der Bildgebungs-Technologie des 20. Jahrhunderts, aber auf tragische Weise erlebte er das Aufkommen der Technologie, die heute verwendet wird.

Als mein Vater 2007 verstarb, schwor ich mir, dass ich meine Fühler für neue Forschungen über das Kleinhirn halten würde, und gebe mein Bestes, um seine Gedanken über das Kleinhirn posthum in Erinnerung an ihn zu rechtfertigen.

Ich habe "Google Alerts" auf meinem Smartphone mit einem speziellen Ton versehen, wenn ein Update über das "Kleinhirn" oder "Kleinhirn" im Internet veröffentlicht wird. Ich bin wie ein Pawlowscher Hund, der Speichel spuckt, wenn ich mein Telefon höre mit einer Google-Warnung, dass es ein Nachrichten-Update über das Kleinhirn gibt.

Unnötig zu sagen, dass ich gestern überglücklich war, als ich von dieser neuen Studie alarmiert wurde und überall sabberte. Diese bahnbrechende SDSU ist die erste, die systematisch die Verbindungen zwischen der gesamten Großhirnrinde und dem Kleinhirn mittels fMRT-Bildgebung untersucht.

Verringerte neuronale Aktivität verbunden mit schnellerem Lernen

Interessanterweise fand eine andere Studie vom April 2015 heraus, dass die schnellsten Lernenden in einem sensomotorischen Experiment tatsächlich verringerte neurale Aktivität zwischen spezifischen Hirnregionen im frontalen Kortex und dem anterioren cingulären Kortex zeigten.

Diese Studie war eine Zusammenarbeit, die University of California in Santa Barbara Scott Grafton, MD und Kollegen an der University of Pennsylvania und Johns Hopkins University enthalten. Ihre Studie "Lerninduzierte Autonomie sensomotorischer Systeme" wurde in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht .

In einer Pressemitteilung beschrieb Grafton den Forschungsspruch:

Es ist nützlich, sich das Gehirn als ein sehr großes Toolkit vorzustellen. Wenn Sie eine anspruchsvolle neue Fähigkeit erlernen, wie zum Beispiel das Spielen eines Musikinstruments, verwendet Ihr Gehirn viele verschiedene Werkzeuge in einem verzweifelten Versuch, alles in der Nähe von Musik zu produzieren.

Mit der Zeit und der Übung werden weniger Werkzeuge benötigt und die Kernbereiche des Motors können das meiste Verhalten unterstützen. Was unsere Laborstudie zeigt, ist, dass einige dieser kognitiven Werkzeuge über eine gewisse Menge an Praxis hinaus dem weiteren Lernen im Weg stehen könnten.

Grafton und seine Kollegen entdeckten, dass die visuellen und motorischen Blöcke während der ersten paar Versuche eine große Konnektivität aufwiesen, aber im Laufe des Experiments wurden sie im Wesentlichen autonom. Grafton erklärte: "Der Teil des Gehirns, der die Fingerbewegung kontrolliert, und der Teil, der den visuellen Reiz verarbeitet, wechselten bis zum Ende des Experiments überhaupt nicht zusammen."

"Bisherige Bildgebungsforschung im Gehirn hat sich meist nur ein paar Tage lang mit dem Lernen von Fertigkeiten befasst – was albern ist", sagte Grafton. Hinzufügen: "Wer hat jemals gelernt, an einem Nachmittag Geige zu spielen? Indem wir die Auswirkungen der dedizierten Praxis über viele Wochen hinweg untersuchen, gewinnen wir Einblick in nie zuvor beobachtete Veränderungen im Gehirn. Diese zeigen grundlegende Einsichten in das Erlernen von Fähigkeiten, die mit den Arten von Lernen vergleichbar sind, die wir in der realen Welt erreichen müssen. "

Letzten Monat schrieb ich einen Blogeintrag von Psychology Today mit dem Titel "Das Kleinhirn beeinflusst tief unsere Gedanken und Gefühle", basierend auf den Forschungen, die Jeremy D. Schmahmann, MD, an der Harvard Medical School macht.

Schmahmann hat eine Theorie, die er "Dysmetria des Denkens" nennt, die im Grunde genommen eine Hypothese ist, dass das Kleinhirn unser Lernen und Denken fein abstimmt und koordiniert, genau wie es die Muskelbewegungen fein abstimmt und koordiniert.

Mit der Idee von "Dysmetrien des Denkens" in meinem Kopf, schrieb ich Dr. Scott Grafton, um ihn zu fragen, ob er denkt, dass das Kleinhirn eine Rolle spielen könnte, warum die schnellsten Lernenden weniger neurale Aktivität zeigten. Er antwortete: "Christopher, ich glaube nicht, dass das Kleinhirn die komplexen Veränderungen der Netzwerkgemeinschaften, die wir beobachten, erklären könnte. Es ist mit dabei, aber es gibt keine eindeutigen Beweise, dass es diese Veränderungen vorantreibt. "

Während ich versuche, die Punkte der jüngsten Kleinhirnforschung miteinander in Verbindung zu bringen, frage ich mich, ob die Ergebnisse von SDSU in irgendeiner Weise mit Graftons Forschung übereinstimmen und erklären könnten, wie das Kleinhirn "auf dem Vormarsch" ist?

Das Kleinhirn bleibt sehr mysteriös. Ich bin optimistisch, dass all diese Forschungen und Entdeckungen dazu beitragen, ein Rätsel zu lösen, das den Forschern eines Tages revolutionäre Behandlungen für Krankheiten wie Autismus ermöglichen könnte.

Schlussfolgerung: Superfluidität und die positive Psychologie des Kleinhirns

Wie bei den meisten neurologischen Störungen hat alles, was jemanden "südlich von Null" auf der Skala von -5 bis +5 nimmt, die Fähigkeit, jemanden "nördlich von Null" zu nehmen, wenn die Konnektivität und Plastizität des Gehirns optimiert werden, anstatt dysfunktional zu sein.

Ich habe die Hypothese, dass die Maximierung der Gehirnfunktion und des menschlichen Potenzials erreicht werden kann, indem die Interkonnektivität zwischen jeder der vier Gehirnhälften des Gehirns optimiert wird und Wege gefunden werden, um die schädliche Plastizität der Überkonnektivität und Unterkonnektivität zu mindern.

Unten ist eine rudimentäre Skizze, die ich vor ein paar Jahren gemacht habe und die meine Theorie der "Suprafluidität" illustriert. Mit diesem Begriff beschreibe ich die Synchronizität der Konnektivität zwischen der grauen und weißen Substanz jeder Gehirnregion in beiden Hemisphären des Großhirns und des Kleinhirns .

"Superfluidität" entsteht, wenn die Konnektivität zwischen allen Hirnregionen optimiert wird.

Quelle: Illustration und Fotografie von Christopher Bergland c. 2009

Ich vermute, dass eine optimale Gehirnfunktion erreicht wird, wenn alle vier Gehirnhälften in perfekter Harmonie auf elektrischer, chemischer und architektonischer Ebene zusammenarbeiten.

Ich glaube, dass ein Höhepunkt des Bewusstseins auftritt, wenn jeder Winkel jeder der vier Hemisphären des Gehirns synchron zusammenarbeitet. Ich nenne das einen Zustand von "Superfluidität", weil es absolut Null Reibung, Null-Entropie und Null-Viskosität zwischen Denken, Handeln und Emotion darstellt.

Wenn du mehr über das Kleinhirn lesen möchtest, schau dir meine früheren Blogbeiträge von Psychology Today an :

• "Wie ist das Kleinhirn mit Autismus-Spektrum-Störungen verbunden?"
• "Forschung verbindet Autismus-Schweregrad mit motorischen Fähigkeiten Defizite"
• "Wie sind Purkinje-Zellen im Kleinhirn mit Autismus verbunden?"
• "Autismus, Purkinje-Zellen und das Kleinhirn sind miteinander verflochten"
• "Das Kleinhirn beeinflusst tief unsere Gedanken und Gefühle"
• "Wie wirkt sich Körperhaltung auf frühes Lernen und Gedächtnis aus?"
• "Das Kleinhirn enthält viele Hinweise für die Erstellung humanoider Roboter"
• "Bessere motorische Fähigkeiten verbunden mit höheren akademischen Noten"
• "Hand-Auge-Koordination verbessert kognitive und soziale Fähigkeiten"
• "Zu viel kristallisiertes Denken senkt die flüssige Intelligenz"
• "Wie ist das Kleinhirn mit der bipolaren Störung verbunden?"
• "Ist die Größe des Kleinhirns mit der menschlichen Intelligenz verbunden?"
• "Die Neurowissenschaft des Wissens ohne zu wissen"
• "Primitive Hirnareale verbunden mit menschlicher Intelligenz"
• "Die mysteriöse Neurowissenschaft des Lernens automatischer Fähigkeiten"
• "Die Neurobiologie der Gnade unter Druck"
• "Wie vermittelt der Vagusnerv Bauch ins Gehirn?"
• "Warum können Athleten durch den Overthinking Choke auslösen?"
• "In Richtung eines neuen Split-Brain-Modells: Up Brain-Down Brain"
• "Neurowissenschaftler entdecken, wie Übung den Meister macht"
• "Kindheitsfamilienprobleme können die Gehirnentwicklung behindern"
• "Die Neurowissenschaft der Beruhigung eines Babys"
• "Warum tanzt so gut für dein Gehirn?"
• "Die Neurowissenschaften von Madonnas anhaltendem Erfolg"
• "Gestik spricht alle vier Gehirnhälften an"
• "Die Neurowissenschaft der Superfluidität"
• "Ein Grund mehr, den Fernseher auszuschalten"
• "Die Neurowissenschaft der Phantasie"
• "Kann ich alleine Meister werden?"
• "Nein. 1 Grund Übung macht den Meister "
• "Wie funktioniert die Praxis Hardwire Long-Term Muscle Memory?"

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