สมองส่วนเปลือก: สถาปัตยกรรมเซลล์และพื้นที่การทำงาน

สมองส่วนเปลือก (cerebral cortex) คือชั้นนอกของเนื้อสีเทาที่ปกคลุมสมองซีกซ้ายและขวา ซึ่งเซลล์ประสาทมีการจัดเรียงตัวเป็นชั้นและเป็นคอลัมน์ ความแตกต่างในระดับภูมิภาคของการจัดเรียงตัวของเซลล์เป็นชั้น (cytoarchitecture) มีความสัมพันธ์อย่างกว้างขวางกับพื้นที่การทำงานที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นพื้นฐานโครงสร้างสำหรับการทำงานด้านประสาทสัมผัส การเคลื่อนไหว และการเชื่อมโยง

Definition

สมองส่วนเปลือก (cerebral cortex) คือเนื้อสีเทาที่มีลักษณะเป็นชั้นที่ห่อหุ้มสมองซีกซ้ายและขวา ซึ่งเซลล์ประสาทมีการจัดระเบียบเป็นชั้นแนวนอนและคอลัมน์แนวตั้ง โดยมีความแตกต่างในระดับภูมิภาคของสถาปัตยกรรมเซลล์ที่กำหนดพื้นที่สมองส่วนเปลือกที่แตกต่างกัน

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงการจัดระเบียบเป็นชั้น (laminar) และเป็นคอลัมน์ (columnar) ของสมองส่วนเปลือก การทำแผนที่สถาปัตยกรรมเซลล์ของพื้นที่สมองส่วนเปลือก และการเชื่อมโยงแบบลำดับชั้นและแบบกระจายระหว่างพื้นที่เหล่านั้น เป็นข้อมูลอ้างอิงทางกายวิภาคศาสตร์และจุลกายวิภาคศาสตร์ และไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• นีโอคอร์เทกซ์มีการจัดระเบียบเป็นชั้นและคอลัมน์อย่างไร?
• สถาปัตยกรรมเซลล์มีความสัมพันธ์กับพื้นที่การทำงานของสมองส่วนเปลือกอย่างไร?
• พื้นที่สมองส่วนเปลือกเชื่อมโยงกันเป็นเครือข่ายแบบลำดับชั้นและแบบกระจายได้อย่างไร?

Key concepts

• นีโอคอร์เทกซ์หกชั้น
• คอลัมน์สมองส่วนเปลือกและสมมติฐานคอลัมน์
• สถาปัตยกรรมเซลล์และพื้นที่บรอดมันน์
• พื้นที่ปฐมภูมิ ทุติยภูมิ และพื้นที่เชื่อมโยง
• การประมวลผลแบบลำดับชั้นและแบบกระจาย
• อัลโลคอร์เทกซ์เทียบกับนีโอคอร์เทกซ์

Mechanisms

สมองส่วนเปลือกส่วนใหญ่ (neocortex) มีหกชั้นแนวนอน และแผนที่ของ Brodmann ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ใช้ความแตกต่างในระดับภูมิภาคของการจัดเรียงตัวเป็นชั้นนี้ในการแบ่งสมองส่วนเปลือกออกเป็นพื้นที่ที่มีหมายเลขซึ่งสอดคล้องกับการแบ่งส่วนการทำงาน (brodmann-1909) Mountcastle เสนอว่าสมองส่วนเปลือกยังมีการจัดระเบียบในแนวตั้งเป็นคอลัมน์ ซึ่งเป็นหน่วยประมวลผลที่ซ้ำกันซึ่งเซลล์ประสาทมีคุณสมบัติการทำงานร่วมกัน (mountcastle-1997) Felleman และ Van Essen ได้ทำแผนที่การเชื่อมโยงที่หนาแน่นระหว่างพื้นที่การมองเห็นและพื้นที่อื่นๆ ของไพรเมต ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการประมวลผลเป็นทั้งแบบลำดับชั้น โดยมีการส่งผ่านข้อมูลไปยังพื้นที่ถัดไป และแบบกระจายไปตามเส้นทางคู่ขนาน (felleman-1991) ชีววิทยาการพัฒนาอธิบายว่าสมองส่วนเปลือกที่มีลักษณะเป็นชั้นและเป็นคอลัมน์ถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร และมีการขยายตัวอย่างไรตลอดวิวัฒนาการ (rakic-2009)

Clinical relevance

แผนที่สถาปัตยกรรมเซลล์และการจัดวางพื้นที่การทำงานเป็นพื้นฐานสำหรับการระบุตำแหน่งของรอยโรคและการตีความภาพถ่ายทางระบบประสาทเชิงหน้าที่และโครงสร้าง บทความนี้อธิบายการจัดระเบียบของสมองส่วนเปลือกเพื่อการอ้างอิง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

สถาปัตยกรรมเซลล์เริ่มต้นจากการศึกษาในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ที่ทำแผนที่ความแตกต่างในระดับภูมิภาคของการจัดเรียงตัวเป็นชั้นของสมองส่วนเปลือก โดยเฉพาะอย่างยิ่งแผนที่ของ Brodmann ในปี 1909 (brodmann-1909) งานวิจัยในช่วงกลางและปลายศตวรรษที่ 20 ได้เพิ่มสมมติฐานเกี่ยวกับคอลัมน์ (mountcastle-1997) และแผนที่การเชื่อมโยงที่แสดงการประมวลผลแบบลำดับชั้นแบบกระจาย (felleman-1991) ในขณะที่คำอธิบายเกี่ยวกับการพัฒนาและวิวัฒนาการของการสร้างสมองส่วนเปลือก (rakic-2009) ได้เติมเต็มภาพรวมที่มีลักษณะเป็นชั้น เป็นคอลัมน์ และเป็นเครือข่าย

Debates

คอลัมน์สมองส่วนเปลือกเป็นหน่วยการจัดระเบียบสากลหรือไม่?

สมมติฐานคอลัมน์มีอิทธิพลอย่างมาก แต่การที่สมองส่วนเปลือกมีการจัดระเบียบเป็นคอลัมน์ที่แยกจากกันอย่างเคร่งครัดและเป็นสากลเพียงใด เมื่อเทียบกับการจัดเรียงตัวที่ต่อเนื่องมากขึ้นหรือเฉพาะพื้นที่ ยังคงเป็นหัวข้อของการอภิปราย

Key figures

• Korbinian Brodmann
• Vernon Mountcastle
• David Van Essen
• Daniel Felleman
• Pasko Rakic

Seminal works

• brodmann-1909
• mountcastle-1997
• felleman-1991

Frequently asked questions

นีโอคอร์เทกซ์มีชั้นอะไรบ้าง?

นีโอคอร์เทกซ์โดยทั่วไปมีหกชั้นแนวนอน โดยนับจากพื้นผิวเข้าด้านใน ซึ่งแตกต่างกันในประเภทเซลล์และการเชื่อมโยง การจัดเรียงตัวเป็นชั้นนี้มีความหนาและรายละเอียดที่แตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ของสมองส่วนเปลือก

พื้นที่บรอดมันน์คืออะไร?

เป็นบริเวณของสมองส่วนเปลือกที่แตกต่างกันด้วยสถาปัตยกรรมเซลล์ ซึ่งถูกทำแผนที่และกำหนดหมายเลขโดย Korbinian Brodmann ในปี 1909 และยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่ออ้างถึงพื้นที่สมองส่วนเปลือกที่มักจะสอดคล้องกับการแบ่งส่วนการทำงาน