Radikale neue Entdeckungen bringen die Neurowissenschaften auf den Kopf

Viking Press
Wie das Cover seines Buches "The Fabric of Mind" zeigt, bevorzugte mein Vater (Richard Bergland, MD) immer sagittale Querschnitte des Gehirns, weil dieser Blickwinkel am besten die Trennung zwischen kortikalen und subkortikalen Strukturen zeigt.
Quelle: Viking Press

Fortschritte in der Neurotechnologie zerstören lang gehegte Glaubenssysteme und machen gut etablierte Ansichten darüber, wie das Gehirn auf dem Kopf steht. Dies sind aufregende Zeiten radikaler neurowissenschaftlicher Entdeckungen, die uns helfen, besser zu verstehen, wie unser Verstand und unser Gehirn funktionieren.

In den vergangenen Monaten hat sich eine neue Forschungsrichtung über subkortikale Regionen des Gehirns – einschließlich des Kleinhirns, des Hirnstamms und der Basalganglien – dahingehend verändert, wie Neurowissenschaftler die Funktion kortikaler Hirnregionen, die den präfrontalen Kortex umfassen, betrachten. ( Kortikal bedeutet "in Bezug auf die äußere Schicht des Großhirns", die als Hirnrinde bekannt ist. Subkortikal bezieht sich auf alle Hirnregionen unterhalb der Großhirnrinde.)

Kortikale Gehirnregionen des Gehirns werden typischerweise als die "Denkkappe" betrachtet, die alle Hirnregionen im Gehirn umfasst. Auf der anderen Seite werden subkortikale Regionen als "nicht-denkende" Regionen des Gehirns betrachtet, die von automatischen oder unterbewussten Kräften angetrieben werden.

Später in diesem Blogbeitrag von Psychology Today werde ich die Highlights von drei verschiedenen State-of-the-Art-Studien über subkortikale Hirnstrukturen zusammenfassen, die im vergangenen Jahr veröffentlicht wurden. Aber zuerst möchte ich Ihnen einen persönlichen Hintergrund geben, der erklärt, warum ich seit Beginn des 21. Jahrhunderts meine Antennen für diese Art von Forschung zur Verfügung hatte. Und warum ich jeden Morgen aufwache und auf neue Spitzenforschung in subkortikalen Gehirnregionen hoffe.

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

Courtesy of Larry Vandervert
Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Larry Vandervert

Mein Vater, Richard Bergland, war Neurochirurg, Neurowissenschaftler und Autor von The Fabric of Mind. Als visionärer Denker war mein Vater Wegbereiter und Pionier, der seiner Zeit voraus war. Als Neurowissenschaftler war mein Vater oft frustriert von den technologischen Grenzen des 20. Jahrhunderts.

Zu oft war es meinem Vater wissenschaftlich unmöglich, eine seiner Hypothesen über die Rolle einer bestimmten Hirnregion empirisch zu beweisen, die er durch Beobachtung seiner menschlichen Patienten vor und nach einer Gehirnoperation im Operationssaal mit Tieren wie Mäuse oder Schafe in seinem Labor.

Zum Beispiel könnte ein Schlaganfall oder ein Tumor, der letztlich die kognitive, emotionale und psychologische Funktion eines Menschen beeinflusst, in kortikalen Regionen des Großhirns auftreten, einschließlich der frontalen, parietalen, temporalen und okzipitalen Lappen oder subkortikalen Strukturen, die die Basalganglien, den Hirnstamm und das Kleinhirn umfassen .

Als Neurochirurg erlebte mein Vater aus erster Hand sehr spezifische neurologische Konsequenzen, die ein traumatisches Hirngeschehen bei einem seiner Patienten verursachen würde. Mein Vater kannte anekdotisch aus jahrzehntelanger Gehirnchirurgie, dass sowohl kortikale als auch subkortikale Schäden dramatische Auswirkungen auf verschiedene Aspekte der kognitiven und psychologischen Funktion hatten. Aber auch in seinem Labor konnte er diese Befunde nicht empirisch beweisen.

Aufgrund seiner anatomischen Kenntnisse, dass das Kleinhirn nur 10 Prozent des Hirnvolumens ausmachte, aber weit über 50 Prozent der Neuronen des Gehirns behielt, warf mein Vater regelmäßig die Frage nach subkortikalen Einflüssen auf: "Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn ist tun. Aber was auch immer es tut, es macht eine Menge davon. "

Im späten zwanzigsten Jahrhundert hatte mein Vater es schwer, irgendeinen seiner wissenschaftlichen Kollegen davon zu überzeugen, dass "nicht-denkende" subkortikale Regionen im Gehirn (wie das Kleinhirn) kognitive Prozesse beeinflussen könnten. Aber wie ich oben erwähnte, war es ihm unmöglich zu beweisen, was er anekdotenhaft mit Patienten in einer empirisch gestützten Tierstudie beobachtete.

Leider haben ihn die meisten Kollegen meines Vaters im medizinischen Establishment schließlich als Ketzer bezeichnet, weil er unermüdlich versuchte, die kognitiven und emotionalen Einflüsse des Kleinhirns und anderer subkortikaler Hirnregionen ins Rampenlicht zu rücken.

Die kolossale Enttäuschung meines Vaters, dass ich seine radikalsten Ideen darüber, wie das Gehirn in peer-reviewed Journalen veröffentlicht wurde, nicht zustande brachte, ließ mich schlecht für ihn sein. Ich wollte meinem Vater helfen, eine Heimlichkeit zu finden, was er "Torwächter des Elfenbeinturms" nannte, indem er einen Weg fand, das medizinische Establishment zu umgehen und seine revolutionären Ideen über das Gehirn veröffentlicht zu bekommen.

Glücklicherweise, im Jahr 2004, nachdem ich einen Guinness-Weltrekord gebrochen hatte, indem ich in 24 Stunden auf einem Laufband 6 Back-to-Back-Marathons (153,76 Meilen) lief, trat ein Literaturagent in New York namens Giles Anderson auf mich zu, um zu sehen, ob ich daran interessiert war ein Buch schreiben. Ein paar Wochen später hatten wir einen Vertrag mit Diane Reverand in St. Martin's Press unterzeichnet. Ich wusste, dass dies eine einmalige Gelegenheit war und meine einmalige Chance, die Ideen meines Vaters über subkortikale Gehirnstrukturen einem großen Publikum näherzubringen.

Im Laufe des Jahres 2005 sprachen mein Vater und ich mehrmals am Tag und tauschten Hunderte von E-Mails über Neurowissenschaften aus. Während dieser Zeit entwickelten mein Vater und ich das "Bergland Split-Brain Model", das kortikale Strukturen in dem, was wir "up brain" und subkortikale Strukturen nennen, in dem, was wir als "down brain" bezeichneten, einnahm.

Das Bergland-Split-Brain-Modell von " up brain-down brain " war eine direkte und überzeugende Antwort auf das allgegenwärtige, aber zutiefst fehlerhafte Modell des " linken Gehirn-Rechts-Gehirns ".

Anfang 2007 – nur wenige Wochen, bevor mein Vater plötzlich an einem Herzinfarkt starb – veröffentlichte ich unser revolutionäres Split-Brain-Framework in The Athletes Way: Schweiß und die Biologie der Glückseligkeit . (Ich bin unendlich dankbar, dass mein Vater starb, da er wusste, dass seine radikalen Ideen über subkortikale Hirnregionen von der St. Martin's Press veröffentlicht worden waren).

Die Abbildung des "Bergland Split-Brain-Modells" ist von p. 81 des Athleten Weg . Dieses Diagramm hebt die hervorstechende Kluft zwischen kortikalen und subkortikalen Gehirnregionen in einem gestrafften hypothetischen Rahmen hervor, der auf dem Yin-Yang der robusten funktionalen Konnektivität zwischen diesen Regionen beruht, um die psychologische Homöostase aufrechtzuerhalten.

Screenshot by Christopher Bergland
Diese Illustration des "Bergland Split-Brain-Modells" wurde 2005 von Christopher Bergland in Zusammenarbeit mit seinem Vater, Richard Bergland, MD, erstellt und auf S. 21 veröffentlicht. 81 des Athletenweges (St. Martins Presse).
Quelle: Screenshot von Christopher Bergland

"Up Brain-Down Gehirn" | Version 2.0

Meine ursprüngliche Version von "Up Brain-Down-Gehirn", wie oben gesehen, konzentrierte sich nur auf das Großhirn (lateinisch für "Gehirn") und das Kleinhirn (lateinisch für "kleines Gehirn"). Basierend auf all den neuen bahnbrechenden Forschungen über den starken Einfluss anderer subkortikaler Hirnregionen in den letzten Jahren; Ich würde jetzt die Basalganglien und den Hirnstamm als Teil des "Downhirns" in die aktualisierte Version 2.0 des Bergland-Split-Brain-Modells aufnehmen.

Vor einem Jahrzehnt, als ich die radikalen Ideen meines Vaters über subkortikale Gehirnstrukturen in The Athletes Way veröffentlichte, waren die meisten dieser Ideen immer noch nur eine begründete Vermutung, basierend auf den Anekdoten meines Vaters. Seitdem haben Fortschritte in neurowissenschaftlichen Technologien es Forschern ermöglicht, tiefer zu graben und aufregende neue Hinweise auf das mysteriöse Zusammenspiel zwischen kortikalen und subkortikalen Gehirnregionen in Laboratorien auf der ganzen Welt zu finden.

Die neuesten empirischen Befunde machen die konventionelle Meinung darüber, wie "nicht-denkende" subkortikale Regionen unseres Gehirns das zerebrale "Denken" auf den Kopf stellen.

Da es zu viele neue wissenschaftliche Forschungen zu subkortikalen Hirnstrukturen gibt, um sie in einem einzigen Blogpost zu präsentieren, habe ich beschlossen, drei bahnbrechende Studien auszuwählen, die im letzten Jahr veröffentlicht wurden. Jede dieser Studien trägt dazu bei, unser Verständnis davon zu verbessern, wie das Kleinhirn, der Hirnstamm und die Basalganglien in Verbindung mit kortikalen Regionen des Gehirns arbeiten.

Im folgenden Abschnitt habe ich ein Beispiel für jede dieser drei Gehirnregionen mit einer künstlerischen Darstellung der Gehirnregion, eine Zusammenfassung der Studie und einen Link zu einem tiefer gehenden Blogeintrag von Psychology Today über die Forschung aufgenommen .

1. Das Kleinhirn

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Das Kleinhirn.
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Im Jahr 1504 fertigte Leonardo da Vinci Wachsabgüsse des menschlichen Gehirns und prägte den Begriff "Kleinhirn", um zwei kleine Gehirnhälften zu beschreiben, die ordentlich unter den relativ humogenen Hemisphären des Großhirns versteckt sind. Cerebella r ist das Schwesterwort für cerebral und bedeutet "in Bezug auf oder im Kleinhirn gelegen".

Historisch gesehen betrachteten Neurowissenschaftler das Kleinhirn als Sitz nicht-denkender Aktivitäten wie die Koordination und Feinabstimmung von Muskelbewegungen. In den letzten Jahren hat jedoch eine Vielzahl von Studien gezeigt, dass das Kleinhirn zum ersten Mal eine wichtige Rolle in vielen unserer kognitiven, emotionalen und kreativen Prozesse spielt.

Zum Beispiel führen Neurowissenschaftler und Psychologen an der Stanford University bahnbrechende Forschungen über die neuralen Grundlagen der Optimierung der kreativen Kapazität durch. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass das Kleinhirn die treibende Kraft in vielen unserer kreativen Prozesse sein könnte. Die Forschung legt nahe, dass es für das frei werdende kreative Denken hilfreich ist, die starren exekutiven Funktionen des präfrontalen Kortex zu "lösen".

Die Stanford-Forscher haben herausgefunden, dass die Unterdrückung der exekutiven Kontrollzentren des Großhirns – und die Möglichkeit, dass das Kleinhirn der "Kontrolleur" ist – die spontane kreative Kapazität erhöht. Dies ist ein revolutionäres Konzept, das das zweifelhafte Konstrukt des "rechten Gehirns" als unser kreatives Epizentrum herausfordert.

Die im Juni 2016 veröffentlichte Studie "Veränderungen der Hirnaktivierung im Zusammenhang mit spontaner Improvisation und figürlicher Kreativität nach Design-Thinking-Based Training: Eine longitudinale fMRI-Studie" wurde in der Zeitschrift Cerebral Cortex veröffentlicht . Ich habe über diese Forschung in einem Blogpost von " Psychology Today " geschrieben: "Verbesserte Kleinhirnkapazität steigert die kreative Kapazität."

2. Die Basalganglien

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Die Basalganglien.
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Die Basalganglien sind eine subkortikale Hirnregion mit neuralen Projektionen und funktioneller Konnektivität, die bis in die Hirnrinde, den Hirnstamm, das Kleinhirn und mehrere andere Hirnareale reicht.

Das Striatum ist ein spezifischer Teilbereich der Basalganglien, der eine Ansammlung verschiedener Hirnregionen und Neuronen enthält, die mit der Bildung von Gewohnheiten, der Kontrolle von willkürlichen Bewegungen, Emotionen und Sucht assoziiert sind.

Laut Massachusetts Institute of Technology (MIT) Neurowissenschaftler wurden Fehlfunktionen der Basalganglien mit Parkinson-und Huntington-Erkrankungen sowie Autismus-Spektrum-Störungen (ASD), Zwangsstörungen (OCD) und Tourette-Syndrom in Verbindung gebracht.

Mit Hilfe eines Mausmodells konnten MIT-Neurowissenschaftler unter der Leitung von Ann Graybiel kürzlich feststellen, dass ein spezifischer Cluster von Neuronen in den Basalganglien an emotionalen Entscheidungen beteiligt ist, die jede Art von Angst provozierender "Kosten-Nutzen-Analyse" erfordern, die pragmatisch ist während du gleichzeitig deinen ursprünglichen Darminstinkten zuhörst.

Die MIT-Forscher haben herausgefunden, dass der neurale Kommunikationsweg zum Striatum direkt mit einem anderen komplexen Subsystem verbunden ist, das von Dopamin angetrieben wird. Die Forscher nennen dieses Subsystem ein "Striosomendendronsträusse".

Bitte nehmen Sie sich ein paar Minuten Zeit und schauen Sie Greybiel an, wie subkortikale Regionen wie die Basalganglien mit der "Denkkappe" der Großhirnrinde interagieren. Ich hatte ein Aha! Moment nachdem du diesen YouTube Clip angesehen hast. Das Video ist wirklich gut gemacht und hat tolle Bilder.

Die neueste MIT-Forschung zum Striatum zeigt, dass die Gehirnmechanik der emotionalen Entscheidungsfindung einen Kreislauf beinhaltet, der auf der Funktion von Dopamin beruht, das in den Basalganglien verankert ist.

Diese Studie im September 2016, "Striosome-Dendron Bouquets markieren eine einzigartige Striatonigral Circuit Targeting Dopamin-Neuronen," wurde in Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht . Ich schrieb einen Blog-Eintrag von Psychology Today, basierend auf diesen Ergebnissen, "Study Pinpoints Brain Circuitry of Emotional Decision Making."

3. Das Brainstem

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Der Hirnstamm.
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Der Hirnstamm ist eine subkortikale Hirnregion, die für die Aufrechterhaltung des Bewusstseins, die Regulierung der Herz- und Atemfunktion des zentralen Nervensystems und vieles mehr ausschlaggebend ist.

Bis vor kurzem glaubten Neurowissenschaftler nicht, dass der Hirnstamm eine Rolle bei sozialen Verhaltensweisen von Säugetieren spielte. Neue Forschungen zeigen jedoch, dass neuronale Projektionen vom präfrontalen Kortex bis zu einer bestimmten Region des Hirnstamms direkt mit der Steuerung von impulsivem Verhalten und der "Kampf-oder-Flucht" -Reaktion verbunden sind.

Im Jahr 2007 identifizierte Dean Mobbs, Professor für kognitive Neurowissenschaften am Caltech und seinem Team, zum ersten Mal, dass das Zusammenspiel zwischen dem präfrontalen Kortex (PFC) und dem periaquäduktalen Grau (PAG) des Hirnstamms mit spezifischen Aspekten des Sozialverhaltens assoziiert ist So wie der Drang, als Antwort auf einen bedrohlichen Reiz zu fliegen, wie etwa ein Raubtier oder ein Tyrann.

Für diese Studie haben Mobbs et al. verwendeten fMRI, um die Gehirnaktivität zu überwachen, während die Studienteilnehmer ein Pac-Man-ähnliches Spiel innerhalb des Neuroimaging-Scanners spielten. Die Forscher fanden heraus, dass in den Augenblicken, kurz bevor jemandes Pac-Man-Avatar verschlungen wurde, der präfrontale Kortex der Spieler herunterfahren würde, genau wie eine Region des Hirnstamms, die PAG genannt wird, sehr aktiv wird und in der fMRI aufleuchtet.

 EMBL/Livia Marrone
Der präfrontale Kortex (PFC) verbindet sich direkt mit einer Region des Hirnstamms – dem Periaquäduktal-Grau (PAG) – durch spezifische präfrontale kortikale Neuronen. Diese Neuronen (in Violett) projizieren direkt vom präfrontalen Kortex zum PAG und scheinen instinktives Verhalten zu kontrollieren.
Quelle: EMBL / Livia Marrone

Anfang dieser Woche haben Neurowissenschaftler des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Italien spezifische neuronale Projektionen vom präfrontalen Kortex bis in die PAG-Region des Hirnstamms lokalisiert, um zu verhindern, dass gesellige Kreaturen – wie Menschen und Mäuse – auf impulsive Instinkte reagieren getrieben von Gefühlen sozialer Niederlage.

Die Januar-2017-Studie, "präfrontale kortikale Kontrolle eines Brainstem Social Behavior Circuit", wurde online vor Druck in Nature Neuroscience veröffentlicht . Ich schrieb über diese Befunde in einem Blogpost von " Psychology Today ", "Social Defeat Wives Havoc auf Brain Circuitry, Study Finds".

Diese EMBL-Studie beleuchtet die Bedeutung einer robusten funktionalen Konnektivität zwischen dem präfrontalen Kortex und dem Hirnstamm für die Kontrolle von angstbasierter Impulsivität, ausgelöst durch soziale Niederlage oder Mobbing. Diese Ergebnisse könnten weitreichende Implikationen für die Behandlung von Schizophrenie zusammen mit einer breiten Palette von affektiven Störungen wie Depressionen, Angstzuständen und Vermeidungsverhalten im Zusammenhang mit einer posttraumatischen Belastungsstörung (PTSD) haben.

Donald Trump ist ein perfektes Beispiel aus der Praxis und Fallstudie zu den neuen EMBL-Erkenntnissen, dass die Impulskontrolle eine robuste funktionale Konnektivität zwischen PFC und PAG erfordert. Als ich zum Beispiel Donald Trump sah, der gestern in einer Pressekonferenz seine Ruhe verlor und bei einem CNN-Reporter peitschte, weil er sich durch "Fake News" -Ansprüche aus anonymen Quellen sozial besiegt und schikaniert fühlte … Ich fragte mich, ob unser Präsident gewählt und könnte sein Übergangsteam vom Verständnis der neuronalen Korrelate bestimmter sozialer Verhaltensweisen profitieren?

In emotionalen Zeiten der sozialen Niederlage ruhig bleiben – wenn Impulsivität oder Angst oft zu impulsiven reflexartigen Reaktionen der Wahl von Kampf oder Flucht führt, scheint eine robuste Konnektivität mit dem präfrontalen Kortex erforderlich zu sein, um Selbstbeherrschung und Gleichmut zu bewahren.

Die gute Nachricht ist, dass diese neuronalen Schaltkreise niemals repariert werden. Die Neuroplastizität ermöglicht es jedem von uns, die funktionelle Konnektivität unserer Gehirne zu verbessern und zu lernen, mitfühlender zu sein und Einbrüche von Aggression oder Wut zu vermeiden. (Um mehr darüber zu erfahren, wie Sie dies tun können, lesen Sie in meinem Blog "5 Science-Based Ways to the Cycle of Rage Attacks").

Hoffentlich werden die neuesten EMBL-Ergebnisse zusammen mit anderen hier vorgestellten Durchbrüchen, die unser Verständnis des Einflusses subkortikaler Hirnregionen auf unser Verhalten vorantreiben, zu neuen neurowissenschaftlichen Interventionen führen, die das individuelle Leben und die soziale Dynamik zwischen Menschen aus allen Lebensbereichen verbessern.

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