การแบ่งส่วนสมองและการก่อตัวของถุงสมอง

การแบ่งส่วนสมองคือการสร้างรูปแบบของท่อประสาทส่วนหัวให้เป็นอาณาเขตที่แตกต่างกัน ซึ่งจะกลายเป็นส่วนหลักของสมอง หลังจากปิดตัวลงไม่นาน ท่อส่วนหน้าจะขยายออกเป็นถุงสมองปฐมภูมิสามถุง ได้แก่ สมองส่วนหน้า (prosencephalon), สมองส่วนกลาง (mesencephalon) และสมองส่วนท้าย (rhombencephalon) ซึ่งจะแบ่งย่อยออกเป็นถุงสมองทุติยภูมิห้าถุง ผนังของถุงเหล่านี้จะก่อให้เกิดสมองใหญ่ (cerebral hemispheres), ไดเอนเซฟาลอน (diencephalon), สมองส่วนกลาง (midbrain), พอนส์ (pons) และสมองน้อย (cerebellum) และเมดัลลา (medulla)

Definition

การแบ่งส่วนสมองและการก่อตัวของถุงสมองคือกระบวนการที่ท่อประสาทส่วนหัวได้รับเอกลักษณ์ที่แตกต่างกันตามแนวแกนหน้า-หลังและบน-ล่าง และขยายออกเป็นถุงสมองปฐมภูมิสามถุง (prosencephalon, mesencephalon, rhombencephalon) และต่อมาเป็นถุงสมองทุติยภูมิห้าถุง ซึ่งเป็นต้นแบบของส่วนหลักของสมอง

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงการกำเนิดของถุงสมองปฐมภูมิและทุติยภูมิ การสร้างรูปแบบตามแนวแกนหน้า-หลังและบน-ล่างที่กำหนดเอกลักษณ์ของแต่ละส่วน บทบาทของศูนย์ส่งสัญญาณเฉพาะที่ เช่น isthmic organizer และการเพิ่มจำนวนของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทที่สร้างผนังสมอง เป็นข้อมูลอ้างอิงทางการศึกษาเกี่ยวกับกายวิภาคพัฒนาการ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Key concepts

• ถุงสมองปฐมภูมิ
• ถุงสมองทุติยภูมิ
• การสร้างรูปแบบตามแนวแกนหน้า-หลัง
• Isthmic (midbrain-hindbrain) organizer
• รอมโบเมียร์และการแสดงออกของยีน Hox
• การสร้างรูปแบบตามแนวแกนบน-ล่าง
• เซลล์ต้นกำเนิดประสาทและเขตเวนทริคูลาร์
• การโค้งงอของศีรษะ

Mechanisms

เอกลักษณ์ของแต่ละส่วนตามแนวท่อประสาทส่วนหัวถูกกำหนดโดยสัญญาณที่มีระดับและตำแหน่งที่แตกต่างกัน ศูนย์ส่งสัญญาณ ซึ่งรวมถึงสันประสาทส่วนหน้า (anterior neural ridge), โซนา ลิมิตันส์ อินทราทาลามิกา (zona limitans intrathalamica) และ isthmic organizer ที่รอยต่อระหว่างสมองส่วนกลางและสมองส่วนท้าย จะหลั่งปัจจัยที่สร้างรูปแบบของเยื่อบุประสาทที่อยู่ติดกันและสร้างขอบเขตระหว่างอาณาเขตต่างๆ ในสมองส่วนท้าย ส่วนชั่วคราวที่เรียกว่ารอมโบเมียร์ (rhombomeres) จะก่อตัวขึ้นพร้อมกับการแสดงออกของยีน Hox ที่ซ้อนกัน ซึ่งให้ค่าตำแหน่ง ตามแนวแกนบน-ล่าง สัญญาณที่ตรงข้ามกันจากบริเวณหลังคาและพื้นจะกำหนดชนิดของเซลล์ส่วนบนและส่วนล่าง เมื่อการสร้างรูปแบบดำเนินไป ท่อส่วนหน้าจะพองตัวเป็นถุงปฐมภูมิและจากนั้นเป็นถุงทุติยภูมิ และเซลล์ต้นกำเนิดที่เพิ่มจำนวนในเขตเวนทริคูลาร์ (ventricular zone) จะสร้างเซลล์ประสาทและเซลล์เกลียที่ทำให้ผนังถุงหนาขึ้น โดยมีการโค้งงอทำให้สมองที่ยืดออกงอตัวอยู่ภายในศีรษะ

Clinical relevance

ความผิดปกติของการสร้างรูปแบบสมองส่วนหน้ามีความเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของแนวกลางและส่วนต่างๆ ของสมอง เช่น ภาวะสมองกลีบหน้าไม่แยก (holoprosencephaly) ซึ่งสมองส่วนหน้าไม่สามารถแยกออกเป็นสมองใหญ่สองซีกได้ เนื้อหานี้อธิบายกายวิภาคพัฒนาการปกติเพื่อเป็นพื้นฐาน และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

คำอธิบายสมองที่กำลังพัฒนาแบบสามและห้าถุงเป็นกรอบงานที่มีมานานในการศึกษาคัพภวิทยาเชิงพรรณนา ยุคโมเลกุลได้เพิ่มแนวคิดของตัวจัดระเบียบเฉพาะที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง isthmic organizer ที่รอยต่อระหว่างสมองส่วนกลางและสมองส่วนท้าย และชี้แจงว่ารูปแบบการแสดงออกของยีนแบบแบ่งส่วนสร้างรูปแบบของสมองส่วนท้ายได้อย่างไร ดังที่สังเคราะห์ไว้ในบทวิจารณ์สมัยใหม่

Key figures

• Wolfgang Wurst
• Laure Bally-Cuif
• Wieland B. Huttner

Seminal works

• wurst-2001
• florio-2014

Frequently asked questions

ถุงสมองปฐมภูมิสามถุงคืออะไร?

ได้แก่ สมองส่วนหน้า (prosencephalon), สมองส่วนกลาง (mesencephalon) และสมองส่วนท้าย (rhombencephalon) ซึ่งต่อมาจะแบ่งย่อยออกเป็นถุงสมองทุติยภูมิห้าถุงที่เป็นต้นแบบของส่วนหลักของสมอง

isthmic organizer คืออะไร?

เป็นศูนย์ส่งสัญญาณเฉพาะที่บริเวณรอยต่อระหว่างสมองส่วนกลางและสมองส่วนท้าย ซึ่งหลั่งปัจจัยการสร้างรูปแบบเพื่อจัดระเบียบเอกลักษณ์ของสมองส่วนกลางและสมองส่วนท้ายส่วนหน้าที่อยู่ติดกัน