Der Corpus callosum (CC) ist die primäre Kommissur, die die beiden Gehirnhälften des Gehirns verbindet. Daher ist der Begriff Kommissurotomie nicht falsch, um das sogenannte „Split-Brain“ zu beschreiben, und ist streng korrekt für die ursprünglichen menschlichen chirurgischen Operationen, bei denen alle Kommissuren durchtrennt wurden (Gazzaniga et al., 1967), durchtrennten spätere Operationen nur den CC, wodurch der Begriff „Callosotomie“ verwendet wurde, der in diesen Fällen als geeigneterer Begriff verbleibt (z. B. Franz et al., 1996, 2000).
Aus evolutionärer Sicht ist der CC eine neuere Entwicklung, die nur bei plazentaren Säugetieren beobachtet wurde (Katz et al., 1983; Mihrshahi, 2006). Es wird angenommen, dass der Funktionalität des CC zumindest teilweise die vordere Kommissur (AC) vorausgeht, wie sie bei nicht plazentaren Säugetieren wie Beuteltieren beobachtet wird (Heath und Jones, 1971; Ashwell et al., 1996). Obwohl einige Restwege des AC im menschlichen Gehirn noch vorhanden sind, ist seine Konnektivität und Struktur in der aktuellen Literatur noch wenig erforscht und die spärlichen Befunde sind eher inkonsistent (Lasco et al., 2002; Patel et al., 2010; Choi et al., 2011). Beispielsweise sind Befunde aus der Magnetresonanztomographie (MRT) gemischt, ob der AC bei Frauen und Männern ähnlich groß ist (Lasco et al., 2002; Patel et al., 2010). In einer relativ neuen Studie mit der In-vivo-Technik der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI), die die Diffusion von Wassermolekülen in Axonen nutzt, Patel et al. (2010) untersuchten acht Probanden und isolierten erfolgreich Fasern des Wechselstroms in fünf Probanden. Unter den Befunden befanden sich bei einem Probanden ein großer Teil der Fasern in der hinteren Extremität des AC, die bilateral in parietale Regionen wanderten, wo die meisten von ihnen endeten, wobei ein kleineres Bündel im präzentralen Gyrus endete und ein weiteres Bündel in den Temporallappen eindrang. Solche individuellen Unterschiede wurden bei allen Teilnehmern festgestellt, aber eine Mehrheit der Probanden zeigte bilaterale Projektionen auf die orbitofrontalen, parietalen und temporalen Kortizes, von denen der CC nicht eindeutig projiziert. Zusammengenommen implizieren die Ergebnisse, dass der AC sowohl primäre als auch verkümmerte Projektionen in neokortikale Bereiche aufweist, in denen der CC nicht projiziert, wie andere ebenfalls vorgeschlagen haben (Di Virgilio et al., 1999; Patel et al., 2010).
Aus unserer Sicht stützt sich die AAA stark auf neokortikale Netzwerke und Konnektivität mit subkortikalen Strukturen wie den Basalganglien und dem Thalamus (unter anderem nicht speziell in unserem Vorschlag diskutiert) (Franz, 2012). Daher könnten alle evolutionären Entwicklungen, an denen der AC beteiligt ist, auch eine Rolle im AAA-Modell spielen. Wir fanden jedoch wenig Literatur, die sich speziell mit dieser möglichen Verbindung befasste.
Die Rolle des AC wurde bei Aufgaben untersucht, die wahrscheinlich Formen der Aufmerksamkeit erfordern, wie z. B. visuelle Aufmerksamkeit. Beispielsweise ist bekannt, dass Acallosalpopulationen im Rahmen von Aufgaben mit visueller Integration untersucht wurden (Gazzaniga et al., 1962, 1965; Sperry, 1968; Levy et al., 1972). In jüngerer Zeit versuchte Corballis (1995), sich mit visueller Integration und Aufmerksamkeit zu befassen, um frühere Diskrepanzen in der acallosalen Forschung zu erklären. Corballis schlug ein dichotomes visuelles Aufmerksamkeitssystem vor; Ein Teil (mit Form) ist automatisch und auf jede Hemisphäre lokalisiert, und der andere (mit Bewegung und Ort) ist freiwillig und subkortikal. Das AAA-Modell kann auf dieser Beobachtung aufbauen und in der Literatur beobachtete Diskrepanzen beheben. Basierend auf unserem vorgeschlagenen Modell gibt es über mehrere Aufmerksamkeitsebenen hinweg andere Wege als den CC, die den Informationstransfer zwischen Hemisphären vermitteln könnten. Eine Möglichkeit beinhaltet die von uns vorgeschlagene Basalganglienschaltung, die potenziell kritisch für die Vermittlung der Aufmerksamkeitsteilung zwischen Hemisphären ist (Franz, 2012). Durch die Durchtrennung des CC wird die direkte Übertragung der Aufmerksamkeit über kortikale Bahnen weitgehend aufgehoben (es sei denn, der AC spielt natürlich eine Backup-Rolle). Die aufmerksamkeitsbasierte Integration visueller Informationen könnte jedoch weiterhin über subkortikale Pfade und / oder das AC vermittelt werden. Auf diese Weise könnte das von Corballis (1995) beobachtete zweiteilige Aufmerksamkeitssystem aufgrund der aufmerksamkeitsbasierten Vermittlung der visuellen Integration über das AC (und / oder die Basalganglien und beteiligten Schaltkreise: Franz, 2012) vorhanden sein.
Studien, die das Sehen und die Aufmerksamkeit betreffen, müssen nicht völlig getrennt von dem System betrachtet werden, das die motorische Aktion reguliert. Basierend auf unseren eigenen Erkenntnissen (Franz, 2004; Franz und Packman, 2004) sind verschiedene Formen der Aufmerksamkeit (visuell und intern-nicht-visuell) eng mit motorischen Handlungen verbunden, und es liegt nahe, dass ein möglicher Schlüssel zum Verständnis einer potenziellen Aufmerksamkeitsrolle des GEHIRNS in der Verbindung zwischen Handlung, Vision und Aufmerksamkeit liegt. In einer früheren Studie ließ Franz (2004) normale Teilnehmer zweimanuell Kreise unter verschiedenen Manipulationen des visuellen Feedbacks oder der internen Aufmerksamkeit für jede Hand zeichnen. Die Größe der Kreise, die von einer Hand gezeichnet wurden, die eine Form innerer Aufmerksamkeit erhielt, wurde in ähnlicher Weise größer wie Effekte, die mit dem Vorhandensein von visuellem Feedback dieser Hand auftraten (relativ zu keiner Aufmerksamkeit / visuellem Feedback). Unser AAA-Modell impliziert Aufmerksamkeit als Schlüsselkomponente bei der Regulierung der Motorleistung (sowie der Auswahl der geplanten Motoraktion), und soweit vorhanden, können wir nicht ausschließen, dass der Wechselstrom eine Rolle in dieser Funktion spielt. Der direkte Test der Rolle des AC bei jeder kognitiven Aufgabe ist jedoch nicht trivial.
Zu testen, ob der AC an der kognitiven Funktion beteiligt ist, ist in der neuropsychologischen Forschung nahezu unmöglich, da Teilnehmer mit lokalisiertem AC nicht leicht zu finden sind (und wir kennen keine). Es könnte daher viel intuitiver sein, neurologische Unterschiede im normalen AC zu bewerten und neurologische Daten mit Verhaltensdaten zu korrelieren. Die vorgestellte Traktografiemethode (Aufklärung des AC) kann relativ einfach auf große Stichproben der Normalpopulation angewendet werden und kann idealerweise mit der Leistung (basierend auf Aufgaben, die während separater Testsitzungen aus der DTI-Sammlung durchgeführt wurden) derselben Personen unter Verwendung von speziell entwickelten kognitiven Aufgaben kombiniert werden. Hierin, Wir zeigen, dass DTI durchgeführt werden kann und an einer kleinen Stichprobe von Personen aus der neurologisch normalen Bevölkerung brauchbare Ergebnisse liefern kann. Der allgemeine Vorschlag wäre, ähnliche Methoden an einer größeren Stichprobengröße durchzuführen und (wie oben vorgeschlagen) Befunde (beispielsweise eines Proxy-Maßes für die Dichte des AC) mit Variablen einer kognitiven Aufgabe zu korrelieren.
In Abbildung 11 zeigen wir die Ergebnisse des DTI-Trackings anhand von Daten von 10 weiblichen Teilnehmern, die aus einem öffentlichen DTI-Datensatz an der Johns Hopkins University stammen (siehe Danksagung für die vollständige Quelle). Das Durchschnittsalter betrug 22 Jahre (SD = 2,5). Die Bilder wurden mit der FSL Diffusion Toolbox (Smith et al., 2004; Woolrich et al., 2009; Jenkinson et al., 2012) und Verfahren wie in früheren Studien an anderen Faserbahnen (FDT; Behrens et al., 2003a,b, 2007; Johansen-Berg et al., 2004). Kurz gesagt, Bilder wurden zuerst in 4D-Volumina für jeden Teilnehmer verkettet und Schädel mit dem Gehirnextraktionswerkzeug von FSL entfernt (BET; Smith, 2002; Jenkinson et al., 2005). Extrahierte Bilder wurden auf geringfügige Kopfbewegungen und Wirbelströme korrigiert, die durch Änderungen der Feldrichtung erzeugt wurden. Diffusionstensoren wurden eingebaut, um Bilder zu erzeugen, die primäre Diffusionsrichtungen und FA-Pegel an jedem Voxel anzeigen, um für Farbkarten während der Maskierung verwendet zu werden. Bayes’sche Abschätzung von Diffusionsparametern, die unter Verwendung von Probenahmetechniken mit sich kreuzenden Fasern erhalten wurden (BEDPOSTX; „X“ bedeutet kreuzende Fasern), wurde durchgeführt, um eine Verteilung der Diffusionsgröße und -richtung zu erzeugen, die zwei sich kreuzende Fasern berücksichtigt, um später eine Traktographie über Diffusionsvoxel durchzuführen.
Gemittelte Tracking-Ergebnisse über 10 Kontrollteilnehmer, überlagert mit einem Standard-T1-gewichteten MRT-Bild mit 2 mm isotropen Voxeln als anatomische Referenz.
Die gemittelten Tracking-Ergebnisse aller 10 Kontrollteilnehmer wurden dann einem Standard-T1-gewichteten MRT-Bild mit 2 mm isotropen Voxeln zur anatomischen Referenz überlagert. Das mittlere FA-Verhältnis der Gruppe betrug 0,3146 (SD = 0,0472). Diese Traktographieergebnisse zeigen, wichtig, dass die Struktur des AC aufgeklärt werden kann, und hat daher Potenzial für weitere Studien, die Leistungswerte bei Verhaltensaufgaben mit FA-Werten unter Verwendung einer größeren Stichprobengröße korrelieren.
Zusammenfassend gibt es derzeit nur spärliche Literatur, und von der verfügbaren Literatur verbindet keine die AC spezifisch mit Prozessen im Zusammenhang mit dem AAA-Modell, das im Mittelpunkt unseres früheren Zielartikels steht (Franz, 2012). Unter Verwendung eines Verfahrens, das dem hier vorgeschlagenen ähnlich ist, ist es möglich, größere Stichprobengrößen der Normalpopulation zu testen und die FA-Werte der DTI-Ergebnisse (zum Beispiel) mit einer spezifischen abhängigen Variablen zu korrelieren, die aus einer speziell entwickelten Aufgabe der Aufmerksamkeit zum Handeln erhalten wurde (Verfahren, die in unserem Labor ständig weiterentwickelt werden).