Wie beeinflusst die Gehirnsymmetrie die Funktionsweise Ihres Geistes?

Diese Bilder zeigen die Gehirnasymmetrie zwischen der linken und der rechten Großhirnhemisphäre.

Quelle: Semnic / Shutterstock

Neurowissenschaftler haben faszinierende Symmetrie- und Asymmetrieunterschiede zwischen verschiedenen Hirnregionen in Mäusen identifiziert, die Autismus-Gen-Mutationen und ihre Autismus-freien Gegenstücke tragen. Die unveröffentlichten Ergebnisse dieser Forschung wurden von Jacob Ellegood Anfang dieser Woche auf dem Jahrestreffen 2016 der Society for Neuroscience in San Diego vorgestellt.

Ellegood et al. fanden heraus, dass "autistische" Mäuse im Vergleich zu Kontrollen ohne Mutationen in den Autismus-Genen mehr Symmetrie zwischen der linken und der rechten Hemisphäre des Großhirns zeigten (lateinisch für "Gehirn"). Interessanterweise zeigten die "autistischen" Mäuse mehr Asymmetrie zwischen der linken und rechten Hemisphäre des Kleinhirns (lateinisch für "kleines Gehirn").

Ellegood und seine Kollegen vom Mouse Imaging Center in Toronto identifizierten drei Hirnregionen im autistischen Mäusegehirn, die auf der rechten Seite signifikante Ungleichgewichte größerer Volumina und auf der linken Seite kleinere Volumina aufwiesen. Wiederum wurde bei Mäusen mit Autismus-Genen gezeigt, dass die Gehirnhemisphären ungewöhnlich symmetrisch sind. Diese Erkenntnisse zur Hirnsymmetrie sind für Neurowissenschaftler gleichermaßen faszinierend und verblüffend.

Vor diesem Hintergrund ist die Asymmetrie des Kleinhirns für die Forscher von besonderem Interesse. In einer Vielzahl von Studien wurde festgestellt, dass die Größe und funktionelle Konnektivität des Kleinhirns mit autistischen Funktionen wie Emotionsregulation und Aufmerksamkeit korreliert ist.

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In dieser Hinsicht haben frühere Forschungen gezeigt, dass Menschen mit Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) dazu neigen, Sprache in der rechten Hemisphäre ihres zerebralen Kortex, die atypisch ist, mehr zu verarbeiten. Hypothetisch könnte diese Verschiebung der Sprachverarbeitung auf die rechte Seite des Großhirns eine Möglichkeit sein, Defizite der Struktur oder Konnektivität innerhalb (und zwischen) der linken und rechten Hemisphäre des Kleinhirns auszugleichen.

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

Die linke und rechte Hemisphäre des Kleinhirns in rot.

Quelle: Life Science Datenbanken / Wikimedia Common

In der Tat

Im Folgenden finden Sie eine kurze Zusammenfassung der dynamischen Beziehung zwischen beiden Hemisphären des Großhirns und beiden Hemisphären des Kleinhirns, zusammen mit einer Terminologie:

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Im Jahr 1504 fertigte Leonardo da Vinci Wachsabgüsse des menschlichen Gehirns und prägte den Begriff Kleinhirn, nachdem er zwei kleine "kleine" Gehirnhälften erkannt hatte, die ordentlich unter den größeren Gehirnhälften angeordnet waren .

Cerebellar ist das Schwesterwort für cerebral und bedeutet "im Kleinhirn" oder "im Kleinhirn". Im Großhirn befinden sich zwei Gehirnhälften (linkes Gehirn – rechtes Gehirn) und im Kleinhirn befinden sich zwei Kleinhirnhemisphären (links und rechts) .

Die linke Hemisphäre des Kleinhirns arbeitet in Verbindung mit der rechten Hemisphäre des Großhirns, um Muskelbewegungen auf der linken Körperseite fein abzustimmen und zu kontrollieren. Umgekehrt funktioniert die rechte Hemisphäre des Kleinhirns in Verbindung mit der linken Hemisphäre des Großhirns, um die Muskelbewegung auf der rechten Körperseite fein abzustimmen und zu kontrollieren.

Diese Neuronenzahlen des Kleinhirns und der Großhirnrinde basieren auf Untersuchungen von Lent, R., et al., 2012.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Larry Vandervert

Obwohl das Kleinhirn nur 10% des Hirnvolumens ausmacht, beherbergen die Kleinhirnhemisphären weit über 50% der gesamten Neuronen Ihres Gehirns. Aufgrund dieser überproportionalen Verteilung von Neuronen würde mein Vater Richard Bergland – Neurowissenschaftler des 20. Jahrhunderts, Neurochirurg und Autor von The Fabric of Mind (Viking) – oft sagen: "Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn ist tun. Aber was auch immer es tut, es macht eine Menge davon. "

Historisch gesehen glaubten Experten, dass das Kleinhirn in erster Linie für "nicht-denkende" Funktionen wie Gleichgewicht, glatte motorische Kontrolle und fein abgestimmte Muskelkoordination verantwortlich sei. Und sie glaubten, dass die Kontrolle unserer kognitiven Funktionen – einschließlich sozialer Intelligenz, Logik, Linguistik, Kreativität usw. – ausschließlich in der Großhirnrinde angesiedelt war. Dieser Standpunkt entwickelt sich schnell weiter.

Viele Vordenker glauben nun, dass das Kleinhirn eine entscheidende Rolle bei vielen kognitiven Funktionen und kreativen Fähigkeiten spielt, ebenso wie bei der Regulierung unserer emotionalen Interaktionen mit der Welt um uns herum und in uns selbst.

Was ist "Denkschwäche des Denkens"?

In den letzten Jahren hat Jeremy Schmahmann, Neurologe an der Harvard Medical School, eng mit Patienten zusammengearbeitet, die Ataxie und Kleinhirnschäden in bestimmten Regionen innerhalb der beiden Hemisphären des Kleinhirns haben.

Durch seine Forschung am Massachusetts General Hospital hat Schmahmann eine Theorie entwickelt, die er "Dysmetria des Denkens" nennt. Dies ist im Wesentlichen die Hypothese, dass das Kleinhirn das kognitive Denken genau so feinabstimmt, wie es Muskelbewegungen fein abstimmt. Schmahmann hat herausgefunden, dass, wenn es strukturelle funktionelle Schäden an einer bestimmten "Mikrozone" des Kleinhirns gibt, diese die Funktionsweise des Gehirnhirns in einer bestimmten Weise beeinflusst.

Hier ist ein YouTube-Video von Schmahmann, in dem er seine "Dysmetria of Thought" Hypothese beschreibt:

Basierend auf der lateralisierten Funktion der Kleinhirn- und Großhirnhemisphären könnte man spekulieren, dass Veränderungen der Kleinhirnstruktur und funktionelle Konnektivität mit der Großhirnrinde tiefgreifende Auswirkungen auf das Gefüge von jemandem haben.

Im September 2016 präsentierte Maria Assunta Rocca von der Abteilung für Neurowissenschaft an der Vita-Salute San Raffaele Universität in Mailand unveröffentlichte Forschungsberichterstattung darüber, dass das Volumen der grauen Substanz in der linken Kleinhirnhemisphäre eine Rolle bei der Vorhersage der kognitiven Funktionen spielt auf bestimmte verbale und Aufmerksamkeitstests. (Ich schrieb über diese Befunde in einem Blogpost von Psychology Today , "Ihre linke zerebelläre Hemisphäre kann eine Rolle in der Kognition spielen").

Eine 2008 von Forschern der Abteilung für Neurowissenschaften an der Universität von Kalifornien, San Diego, durchgeführte Studie fand Unterschiede bei der lateralisierten Funktion der linken und rechten Gehirnhemisphäre bei Kindern mit Autismus, die keine normalen Sprachfähigkeiten entwickelten. Im Gegensatz zu Kontrollen ohne ASS zeigte die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), dass die lateralisierten Muster der Gehirnaktivität bei 2-3-jährigen Kindern unterschiedlich waren.

Zum Beispiel fanden die UCSD-Neurowissenschaftler heraus, dass wenn Kinder mit Autismus eine Gutenachtgeschichte hörten, sie mehr Aktivität auf der rechten Seite des Großhirns zeigten als auf der linken Seite. Man glaubt, dass Kinder ohne Autismus Grammatik und Vokabular stärker auf der linken Seite des Gehirns verarbeiten.

"Das Kleinhirn erhält nicht genug Kredit"

In einer kürzlichen Stellungnahme zu seiner Präsentation von 2016 sagte Ellegood: "Das Kleinhirn erhält nicht genug Kredit." Andere Forschung am Kleinhirn wurde gefunden, dass zerebelläre Gehirnvolumen entweder ungewöhnlich klein oder ungewöhnlich groß bei Mäusen mit genetischen Modellen von Autismus sind.

Vor zwei Jahren präsentierten Forscher beim jährlichen Treffen der Society for Neuroscience in Washington DC unveröffentlichte Ergebnisse, die Purkinje-Zellen im Kleinhirn mit ASS verbinden. (Ich berichtete über diese Forschung in einem Blog von Psychologie heute "Wie sind Purkinje Zellen im Kleinhirn mit Autismus verbunden?")

Eine Vielzahl anderer Forschungen hat Kleinhirnabnormalitäten bei Menschen mit ASD durch postmortale Studien von Gehirnproben gefunden, die einen Verlust des Purkinje-Zellvolumens zeigten. In den letzten Jahren haben mehrere Studien dieses Phänomen sowohl im Gehirn von Menschen als auch in Mäusen bestätigt.

Eine reduzierte Anzahl von Purkinje-Zellen (die größten Neuronen im Kleinhirn) ist eine der beständigsten Kennzeichen von ASD in postmortalen Studien von menschlichen Autismusgehirnen. Purkinje-Zellen stellen die primäre Ausgabe von Nervensignalen aus dem Kleinhirn dar und weisen ausgeklügelte neuronale Projektionen auf, die mit verschiedenen Regionen der linken und rechten Hemisphäre der Großhirnrinde verbunden sind.

In Autismus-Spektrum-Störungen zeigt das Gehirn durchweg Defekte in Purkinje-Zellen, die ein einzelnes Axon haben, das aus dem Kleinhirn hervorragt und Konnektivität vom Kleinhirn zu einer unendlichen Anzahl von Gehirnregionen schafft.

Mehr Forschung benötigt Symmetrie und Asymmetrie Unterschiede zwischen allen vier Gehirnhemisphären

In der Tat

Ellegood sagt, dass er und seine Kollegen nicht klar sind, warum ungewöhnliche Symmetrie im Großhirn und Asymmetrie in anderen Gehirnregionen Autismus begleiten würde. Eine Möglichkeit besteht darin, dass funktionelle Asymmetrie aus der regelmäßigen Ausübung einer Fähigkeit oder kognitiven Kapazität resultiert, die stark auf einer Seite des Gehirns beruht.

"Sicher in der menschlichen Bevölkerung, wenn Sie jonglieren, wenn Sie Musik spielen, dann wird dieser Bereich Ihres Kopfes größer", sagte Ellegood in einer Erklärung. "Ob dieser Befund umwelt- oder entwicklungsrelevant ist, ist eine offene Frage." Ellegood und Kollegen haben bereits vielen ihrer Labormäuse eine Reihe von Verhaltenstests gegeben und planen, weitere Untersuchungen durchzuführen. "Es wird interessant sein, die strukturelle Asymmetrie mit dem Verhalten in Einklang zu bringen", sagte Albert Basson in der Erklärung.

Bassons Labor am King's College in London arbeitet mit Ellegood an anderen Forschungen im Zusammenhang mit Autismus zusammen, die mit der Verbindung zwischen Gehirn und Kleinhirn verbunden sind. Bassons Team hat wichtige Rollen ermittelt, die das CHD7-Gen bei der Entwicklung des Kleinhirns spielt. Zur Zeit erforscht er verschiedene Funktionen und Mechanismen von CHD7 in der Entwicklung von Kleinhirn und Frontalcortex. Bleibt dran für Updates zu diesem spannenden Thema!