علوم اعصاب شناختی؛ تخصصی‌سازی نیمکره‌های مغزی؛ تقسیم مغز: قطع ارتباط قشر مغز

4.2 Splitting the Brain: Cortical Disconnection

4.2 تقسیم مغز: قطع ارتباط قشر مغز

Because the corpus callosum is the primary means of communication between the two cerebral hemispheres, we learn a great deal when we sever the callosal fibers. This approach was successfully used in the pioneering animal studies of Ronald Myers and Roger Sperry at the California Institute of Technology. They developed a series of animal experiments to assess whether the corpus callosum is crucial for unified cortical function. First, they trained cats to choose a “plus” stimulus versus a “circle” stimulus randomly alternated between two doors. When a cat chose correctly, it was rewarded with food. Myers and Sperry made the startling discovery that when the corpus callosum and anterior commissure were sectioned, such visual discriminations learned by one hemisphere did not transfer to the other hemisphere. Further studies done on monkeys and chimpanzees showed that visual and tactile information that was lateralized to one hemisphere did not transfer to the opposite hemisphere, thus corroborating the results from cats.

از آنجایی که جسم پینه ای وسیله اصلی ارتباط بین دو نیمکره مغزی است، وقتی رشته‌های پینه ای را قطع می‌کنیم چیزهای زیادی یاد می‌گیریم. این رویکرد با موفقیت در مطالعات حیوانی پیشگام رونالد مایرز و راجر اسپری در موسسه فناوری کالیفرنیا مورد استفاده قرار گرفت. آنها مجموعه ای از آزمایشات حیوانی را برای ارزیابی اینکه آیا جسم پینه ای برای عملکرد یکپارچه قشر مهم است یا خیر، توسعه دادند. ابتدا، آنها به گربه‌ها آموزش دادند که یک محرک “به علاوه” در مقابل یک محرک “دایره” به طور تصادفی بین دو در انتخاب کنند. وقتی یک گربه به درستی انتخاب می‌کرد، با غذا پاداش می‌گرفت. مایرز و اسپری به کشف شگفت انگیزی دست یافتند که وقتی جسم پینه ای و شکاف قدامی‌بریده شد، چنین تمایزات بصری که توسط یک نیمکره آموخته شد به نیمکره دیگر منتقل نشد. مطالعات بیشتر روی میمون‌ها و شامپانزه‌ها نشان داد که اطلاعات بصری و لمسی که به یک نیمکره جانبی تبدیل شده بودند به نیمکره مخالف منتقل نمی‌شوند، بنابراین نتایج حاصل از گربه‌ها را تایید می‌کند.

This important research laid the groundwork for comparable human studies initiated by Sperry and one of the authors of this book (M.S.G.; Sperry et al., 1969). Unlike the case with lesion studies, no cortical tissue is destroyed in patients who have undergone split-brain surgery; the surgery simply eliminates the connections between the two hemispheres. With split-brain patients, functional inferences are not based on how behavior changes after a cortical area is eliminated. Rather, it becomes possible to see how each hemisphere operates in relative isolation.

این تحقیق مهم، زمینه را برای مطالعات انسانی قابل مقایسه که توسط اسپری و یکی از نویسندگان این کتاب آغاز شده بود (M.S.G.; Sperry et al., 1969) ایجاد کرد. بر خلاف مورد مطالعات ضایعه، هیچ بافت قشر مغز در بیمارانی که تحت عمل جراحی تقسیم مغز قرار گرفته اند، تخریب نمی‌شود. جراحی به سادگی اتصالات بین دو نیمکره را از بین می‌برد. در مورد بیماران با تقسیم مغز، استنباط‌های عملکردی بر اساس چگونگی تغییر رفتار پس از حذف یک ناحیه قشر مغز نیست. در عوض، مشاهده چگونگی عملکرد هر نیمکره در انزوای نسبی ممکن می‌شود.

The Surgery in Humans

جراحی در انسان

Corpus callosotomy, or split-brain surgery, is used to treat intractable epilepsy when other forms of treatment, such as medication, have failed. This procedure was first performed in 1940 by a Rochester, New York, surgeon, William van Wagenen. One of Van Wagenen’s patients, who had a history of severe epileptic seizures, improved after developing a tumor in his corpus callosum (Van Wagenen & Herren, 1940). Since epileptic seizures are the result of abnormal electrical discharges that zip across the brain, the improvement in this patient gave Van Wagenen the idea that severing the patient’s corpus callosum might block the seizure-causing electrical impulses from traveling between hemispheres. The epileptogenic activity would then be held in check, and a generalized seizure would be prevented.

کورپوس کالوسوتومی، یا جراحی تقسیم مغز، برای درمان صرع غیرقابل درمان زمانی که سایر اشکال درمان، مانند دارو، شکست خورده اند، استفاده می‌شود. این روش اولین بار در سال 1940 توسط جراح روچستر، نیویورک، ویلیام ون واگنن انجام شد. یکی از بیماران ون واگنن، که سابقه تشنج شدید صرع داشت، پس از ایجاد تومور در جسم پینه ای خود بهبود یافت (ون واگنن و هرن، 1940). از آنجایی که تشنج‌های صرعی نتیجه تخلیه‌های الکتریکی غیرطبیعی است که در سراسر مغز می‌پیچد، بهبود در این بیمار به ون واگنن این ایده را داد که قطع کردن جسم پینه‌ای بیمار ممکن است مانع از حرکت تکانه‌های الکتریکی ایجاد کننده تشنج بین نیمکره‌ها شود. سپس فعالیت صرع کنترل می‌شود و از تشنج عمومی‌جلوگیری می‌شود.

The idea was radical, particularly when so little was really understood about brain function. The surgery itself was also painstaking, especially without today’s micro- surgical techniques, because only a thin wall of cells separates the ventricles from the corpus callosum. With the limited treatment options available at the time, however, Van Wagenen had desperate patients who cried out for desperate measures. One great fear loomed: What would be the side effect-a split personality with two minds fighting for control over one body?

این ایده رادیکال بود، به ویژه زمانی که در مورد عملکرد مغز واقعاً اطلاعات کمی‌وجود داشت. خود جراحی نیز پر دردسر بود، به‌ویژه بدون تکنیک‌های میکروجراحی امروزی، زیرا تنها دیواره نازکی از سلول‌ها، بطن‌ها را از جسم پینه‌ای جدا می‌کند. با این حال، با گزینه‌های درمانی محدود موجود در آن زمان، ون واگنن بیماران ناامیدی داشت که برای اقدامات ناامیدکننده فریاد می‌زدند. یک ترس بزرگ به وجود آمد: چه عارضه ای می‌تواند داشته باشد – یک شخصیت دوپاره با دو ذهن که برای کنترل یک بدن مبارزه می‌کنند؟

To everyone’s relief, the surgery was a great success. Remarkably, the patients appeared and felt completely normal. The seizures typically subsided immediately, even in patients who, before the operation, experienced up to 15 seizures per day. Eighty percent of the patients enjoyed a 60% to 70% decrease in seizure activity, and some were free of seizures altogether (Akelaitis, 1941). Everyone was happy, yet puzzled. Twenty of the surgeries were performed without any discernible psychological side effects: no changes to psyche, personality, intellect, sensory processing, or motor coordination. Andrew Akelaitis, the psychologist who tested these patients, concluded, The observations that some of these patients were able to perform highly complex synchronous bilateral activities as piano-playing, typewriting by means of the touch system and dancing postoperatively suggests strongly that commissural pathways other than the corpus callosum are being utilized. (Akelaitis, 1943, p. 259)

برای آسودگی همه، این جراحی موفقیت بزرگی بود. نکته قابل توجه این است که بیماران ظاهر شده و احساس می‌کنند کاملا طبیعی هستند. تشنج‌ها معمولاً بلافاصله فروکش می‌کنند، حتی در بیمارانی که قبل از عمل تا 15 تشنج در روز را تجربه می‌کردند. 80 درصد از بیماران از کاهش 60 تا 70 درصدی در فعالیت تشنج برخوردار بودند و برخی از آنها کاملاً بدون تشنج بودند (Akelaitis، 1941). همه خوشحال و در عین حال متحیر بودند. 20 مورد از جراحی‌ها بدون هیچ گونه عوارض جانبی قابل تشخیص روانشناختی انجام شد: هیچ تغییری در روان، شخصیت، عقل، پردازش حسی، یا هماهنگی حرکتی. اندرو آکلایتیس، روان‌شناس که این بیماران را آزمایش کرد، نتیجه‌گیری کرد: مشاهدات مبنی بر اینکه برخی از این بیماران قادر به انجام فعالیت‌های همزمان بسیار پیچیده دوطرفه مانند نواختن پیانو، تایپ کردن با استفاده از سیستم لمسی و رقص بعد از عمل بودند، به‌شدت نشان می‌دهد که مسیرهای کامیسورال غیر از جسم پینه‌ای در حال استفاده است. (Akelaitis, 1943, p. 259)

Methodological Considerations in Studying Split-Brain Patients

ملاحظات روش شناختی در مطالعه بیماران دوشاخه مغزی

The main method of testing the perceptual and cognitive functions of each hemisphere has changed little over the past 50 years. Researchers use primarily visual stimulation, not only because of the preeminent status of this modality for humans, but also because the visual system is more strictly lateralized than are other sensory modalities, such as the auditory and olfactory systems.

روش اصلی آزمایش عملکردهای ادراکی و شناختی هر نیمکره در طول 50 سال گذشته اندکی تغییر کرده است. محققان عمدتاً از تحریک بصری استفاده می‌کنند، نه تنها به دلیل موقعیت برتر این روش برای انسان، بلکه به این دلیل که سیستم بینایی به شدت جانبی‌تر از سایر روش‌های حسی، مانند سیستم‌های شنوایی و بویایی است.

The ability to communicate solely to one hemisphere is based on the anatomy of the optic nerve. Look at an object directly in front of you. Information from the right side of your visual field hits the left side of the retina in both eyes, and information from the left side hits the right side of the retina. The visual field information stays separated as it travels up the optic nerve of each eye. At the optic chiasm, the optic nerve divides in half, and the fibers that carry the visual information from the medial portion of each retina cross and project to the visual cortex of the opposite hemisphere, while the fibers that carry visual information from the lateral portion of the retina continue on to the visual cortex of the ipsilateral hemisphere (Figure 4.10).

توانایی برقراری ارتباط تنها با یک نیمکره بر اساس آناتومی‌عصب بینایی است. به یک شی دقیقاً روبروی خود نگاه کنید. اطلاعات از سمت راست میدان بینایی شما به سمت چپ شبکیه در هر دو چشم و اطلاعات سمت چپ به سمت راست شبکیه برخورد می‌کند. اطلاعات میدان بینایی هنگام حرکت به سمت عصب بینایی هر چشم از هم جدا می‌ماند. در کیاسم بینایی، عصب بینایی به نصف تقسیم می‌شود و فیبرهایی که اطلاعات بینایی را از بخش داخلی هر شبکیه حمل می‌کنند، به قشر بینایی نیمکره مقابل می‌رسند، در حالی که فیبرهایی که اطلاعات بصری را از قسمت جانبی شبکیه حمل می‌کنند به سمت قشر بینایی نیم‌کره همان طرف ادامه می‌یابند (شکل 4.410).

Thus, all the information from the left half of the visual field ends up in the right hemisphere, and all from the right half in the left hemisphere. If all communication were severed between the two halves of the cerebral cortex, then information presented solely to the right visual field would be processed in the left hemisphere only, and information presented to the left visual field would be processed solely in the right hemisphere, and neither would have access to the other.

بنابراین، تمام اطلاعات از نیمه چپ میدان بینایی به نیمکره راست و تمام اطلاعات از نیمه راست به نیمکره چپ ختم می‌شود. اگر تمام ارتباطات بین دو نیمه قشر مخ قطع شود، اطلاعات ارائه شده صرفا به میدان بینایی سمت راست فقط در نیمکره چپ پردازش می‌شود و اطلاعات ارائه شده به میدان بینایی چپ فقط در نیمکره راست پردازش می‌شود و هیچکدام به دیگری دسترسی نخواهند داشت.

In tests of split-brain patients, experimenters restrict the visual stimulus to a single hemisphere by quickly flashing the stimulus in one visual field or the other (Figure 4.11) while the patient fixates on a point in space directly in front of the eyes. The brevity of stimulation is necessary to prevent eye movements, which would redirect the information into the unwanted hemisphere. Eye movements take roughly 200 ms, so if the stimulus is presented for a briefer period of time, the experimenter can be confident that the stimulus was lateralized. More recent image stabilization tools- tools that move in correspondence with the participant’s eye movements-allow a more prolonged, naturalistic form of stimulation. This technological development has opened the way for new discoveries in the neurological and psychological aspects of hemispheric disconnection.

در آزمایش‌های بیماران دوشاخه، آزمایش‌کنندگان محرک بینایی را به یک نیمکره منفرد محدود می‌کنند و به سرعت محرک را در یک میدان بینایی یا میدان دیگر می‌تابانند (شکل 4.11) در حالی که بیمار روی نقطه‌ای از فضا مستقیماً جلوی چشم‌ها ثابت می‌کند. کوتاهی تحریک برای جلوگیری از حرکات چشم، که اطلاعات را به نیمکره ناخواسته هدایت می‌کند، ضروری است. حرکات چشم تقریباً 200 میلی‌ثانیه طول می‌کشد، بنابراین اگر محرک برای مدت زمان کوتاه‌تری ارائه شود، آزمایش‌کننده می‌تواند مطمئن باشد که محرک جانبی شده است. ابزارهای جدیدتر تثبیت کننده تصویر – ابزارهایی که مطابق با حرکات چشم شرکت کننده حرکت می‌کنند – امکان تحریک طولانی تر و طبیعی تر را فراهم می‌کند. این پیشرفت فناوری راه را برای اکتشافات جدید در جنبه‌های عصبی و روانی قطع ارتباط نیمکره باز کرده است.

A number of methodological issues arise in evaluations of the performance of split- brain patients. First, bear in mind that these patients were not neurologically normal before their callosotomy; they all had chronic epilepsy, and their multiple seizures may have caused neurological damage. Therefore, it is reasonable to ask whether they provide an appropriate barometer of normal hemispheric function after the operation. There is no easy Primary visual cortex answer to this question. Some split-brain patients do display abnormal performance on neuropsychological assessments, and some may be profoundly mentally impaired. In other patients, however, the cognitive impairments are negligible; these are the patients who have been studied in closest detail.

تعدادی از مسائل روش شناختی در ارزیابی عملکرد بیماران تقسیم مغزی به وجود می‌آید. اول، به خاطر داشته باشید که این بیماران قبل از کالوزوتومی‌از نظر عصبی طبیعی نبودند. همه آنها صرع مزمن داشتند و تشنج‌های متعدد آنها ممکن است باعث آسیب عصبی شده باشد. بنابراین، منطقی است که بپرسیم آیا آنها فشارسنج مناسبی برای عملکرد طبیعی نیمکره بعد از عمل ارائه می‌دهند یا خیر. هیچ پاسخ آسان قشر بینایی اولیه برای این سوال وجود ندارد. برخی از بیماران تقسیم مغز در ارزیابی‌های عصب‌روان‌شناختی عملکرد غیرطبیعی از خود نشان می‌دهند و برخی ممکن است عمیقاً دچار اختلال روانی باشند. با این حال، در سایر بیماران، اختلالات شناختی ناچیز است. این بیمارانی هستند که با جزئیات بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته اند.

FIGURE 4.10 The optic nerve and its pathway to the primary visual cortex.

شکل 4.10 عصب بینایی و مسیر آن به قشر بینایی اولیه.

FIGURE 4.11 Restricting visual stimuli to one hemisphere. The split-brain patient reports through the speaking hemisphere only the items flashed to the right half of the screen and denies seeing left-field stimuli or recognizing objects presented to the left hand. Nevertheless, the left hand correctly retrieves objects presented in the left visual field, about which the patient verbally denies knowing anything.

شکل 4.11 محدود کردن محرک‌های بینایی به یک نیمکره. بیمار تقسیم مغزی از طریق نیمکره صحبت کردن فقط مواردی را که به نیمه راست صفحه نمایش می‌تابند گزارش می‌کند و دیدن محرک‌های میدان چپ یا تشخیص اشیاء ارائه شده به دست چپ را انکار می‌کند. با این وجود، دست چپ به درستی اشیاء ارائه شده در میدان بینایی سمت چپ را بازیابی می‌کند، که بیمار به صورت شفاهی اطلاع از چیزی را انکار می‌کند.

Second, it is important to consider whether the transcortical connections were completely sectioned, or whether some fibers remained intact. At the time of the original California operations, reviewing surgical notes was the only way to determine the completeness of the surgical sections. Since then, however, MRI (Figure 4.12), diffusion tensor imaging, and electrical brain-mapping techniques have provided a more accurate representation of the extent of surgical sections.

دوم، مهم است که در نظر بگیریم که آیا اتصالات بین قشر کاملاً برش داده شده اند یا اینکه برخی از الیاف دست نخورده باقی مانده اند. در زمان عملیات اولیه کالیفرنیا، مرور یادداشت‌های جراحی تنها راه برای تعیین کامل بودن بخش‌های جراحی بود. با این حال، از آن زمان، MRI (شکل 4.12)، تصویربرداری تانسور انتشار، و تکنیک‌های نقشه برداری مغزی الکتریکی نمایش دقیق تری از وسعت بخش‌های جراحی ارائه کرده اند.

FIGURE 4.12 A complete corpus callosotomy.
This MRI shows a sagittal view of a brain in which the corpus callosum has been entirely sectioned. The arrow indicates the region of resection.

شکل 4.12 کالوزوتومی کامل جسم.
این MRI نمای ساژیتال مغزی را نشان می‌دهد که در آن جسم پینه ای به طور کامل برش داده شده است. فلش ناحیه رزکسیون را نشان می‌دهد.

In fact, data from some older studies had to be reinterpreted when some intact fibers were identified in the patients in question. Accurate documentation of a callosal section is crucial for learning about the organization of the cerebral commissure.

در واقع، زمانی که برخی از الیاف دست نخورده در بیماران مورد نظر شناسایی شد، داده‌های برخی از مطالعات قدیمی‌تر باید دوباره تفسیر می‌شد. مستندسازی دقیق بخش کالوسال برای یادگیری در مورد سازماندهی کمیسور مغزی بسیار مهم است.

Third, experiments must be meticulously designed to eliminate the possibility of cross-cuing, which occurs when one hemisphere initiates a behavior that the other hemisphere detects externally, giving it a cue about the answer to a test. Eliminating cross-cuing can be highly challenging or even impossible, depending on the design (S. E. Seymour et al., 1994). To avoid cross-cuing situations, it is important to understand what continues to be shared between the hemispheres after callosotomy.

ثالثاً، آزمایش‌ها باید به‌طور دقیق طراحی شوند تا امکان تلاقی را از بین ببرند، که زمانی اتفاق می‌افتد که یک نیمکره رفتاری را آغاز می‌کند که نیمکره دیگر به صورت خارجی تشخیص می‌دهد و به آن نشانه‌ای درباره پاسخ آزمایش می‌دهد. حذف متقاطع می‌تواند بسیار چالش برانگیز یا حتی غیرممکن باشد، بسته به طرح (S. E. Seymour et al., 1994). برای جلوگیری از موقعیت‌های متقاطع، مهم است که بفهمیم چه چیزی بین نیمکره‌ها پس از کالوزوتومی‌مشترک است.

We will learn more about this later in the chapter, but here it is important to note that while the right hemisphere controls the left half of the body and the left hemisphere controls the right half of the body, both hemispheres can guide the proximal muscles of the ipsilateral side of the body, such as the upper arms, and gross movements of the hands and legs, but not the distal muscles (those farthest from the center of the body), which include the muscles that perform fine motor movements (Gazzaniga et al., 1962; Volpe et al., 1982), such as pressing a buzzer or pointing. Thus, the left hemisphere controls the fine motor movements of the right hand but can also make more generalized movements of the left arm’s proximal muscles, which may give the right hemisphere cues for predicting answers.

در ادامه این فصل بیشتر در مورد این موضوع خواهیم آموخت، اما در اینجا مهم است که توجه داشته باشیم که در حالی که نیمکره راست نیمه چپ بدن را کنترل می‌کند و نیمکره چپ نیمه راست بدن را کنترل می‌کند، هر دو نیمکره می‌توانند عضلات نزدیک سمت همان طرف بدن، مانند بازوها، و حرکات درشت (از سمت چپ ترین عضلات دست و نه دورترین عضلات ساق پا) را هدایت کنند. بدن)، که شامل عضلاتی است که حرکات حرکتی ظریفی را انجام می‌دهند (Gazzaniga و همکاران، 1962؛ Volpe و همکاران، 1982)، مانند فشار دادن یک زنگ یا اشاره. بنابراین، نیمکره چپ حرکات حرکتی ظریف دست راست را کنترل می‌کند، اما همچنین می‌تواند حرکات عمومی‌تری را در عضلات نزدیک بازوی چپ انجام دهد، که ممکن است نشانه‌های نیمکره راست را برای پیش بینی پاسخ‌ها ارائه دهد.

While cross-cuing behavior is sometimes readily observable, such as one hand nudging the other, it can also be very subtle. For example, an eye movement or a facial muscle contraction initiated by one hemisphere (because some of the facial musculature is innervated bilaterally) can cue the other hemisphere to the answer. Barely discernible reaction time differences can indicate that cross-cuing has occurred. Cross-cuing is not intentional on the part of the patient; it is an unconscious attempt to meet the challenges of the test.

در حالی که رفتار متقاطع گاهی اوقات به راحتی قابل مشاهده است، مانند فشار دادن یک دست به دست دیگر، همچنین می‌تواند بسیار ظریف باشد. به عنوان مثال، یک حرکت چشم یا انقباض عضلانی صورت که توسط یک نیمکره آغاز می‌شود (زیرا برخی از ماهیچه‌های صورت به صورت دو طرفه عصب دهی می‌شود) می‌تواند نیمکره دیگر را به پاسخ راهنمایی کند. تفاوت زمان واکنش به سختی قابل تشخیص می‌تواند نشان دهد که متقاطع رخ داده است. ضربدری کردن عمدی از جانب بیمار نیست. این یک تلاش ناخودآگاه برای رویارویی با چالش‌های آزمون است.

Functional Consequences of the Split-Brain Procedure

پیامدهای عملکردی روش تقسیم مغز

The results of testing done on the split-brain patient W.J., as described at the beginning of this chapter, contradicted earlier reports on the effects of the callosotomy procedure. For instance, Akelaitis (1941) had found no significant neurological and psychological effects after the callosum was sectioned. Careful testing with W.J. and other patients, however, revealed that, indeed, visual information presented to one half of the brain was not available to the other half.

نتایج آزمایش انجام شده بر روی بیمار دوشاخه مغز W.J.، همانطور که در ابتدای این فصل توضیح داده شد، با گزارش‌های قبلی در مورد اثرات روش کالوسوتومی‌در تضاد بود. به عنوان مثال، Akelaitis (1941) هیچ اثر عصبی و روانی قابل توجهی پس از برش پینه پیدا نکرد. با این حال، آزمایش دقیق با W.J. و سایر بیماران نشان داد که در واقع، اطلاعات بصری ارائه شده به نیمی‌از مغز برای نیمه دیگر در دسترس نبود.

The same principle applied to touch. Patients were able to name and describe objects placed in the right hand but not objects presented in the left hand. Sensory information restricted to one hemisphere was also not available to accurately guide movements with the ipsilateral hand. For example, when a picture of a hand portraying the “OK” sign was presented to the left hemisphere, the patient was able to make the gesture with the right hand, which is controlled by the left half of the brain. The patient was unable to make the same gesture with the left hand, however, in which the fine motor movements are normally controlled by the right hemisphere.

همین اصل در مورد لمس نیز اعمال می‌شود. بیماران می‌توانستند اشیایی را که در دست راست قرار می‌گرفتند، اما نه اشیایی را که در دست چپ قرار می‌دادند، نام‌گذاری و توصیف کنند. اطلاعات حسی محدود به یک نیمکره نیز برای هدایت دقیق حرکات با دست همان طرف در دسترس نبود. به عنوان مثال، هنگامی‌که تصویری از دستی که علامت “OK” را به تصویر می‌کشد به نیمکره چپ ارائه شد، بیمار می‌توانست با دست راست که توسط نیمه چپ مغز کنترل می‌شود، این ژست را انجام دهد. با این حال، بیمار نتوانست همان حرکت را با دست چپ انجام دهد، اما در آن حرکات حرکتی ظریف معمولاً توسط نیمکره راست کنترل می‌شود.

From a cognitive point of view, these initial studies confirmed long-standing neurological knowledge about the nature of the two cerebral hemispheres, which had been obtained earlier from patients with unilateral hemispheric lesions: The left hemisphere is dominant for language, speech, and major problem solving. Its verbal IQ and problem-solving capacity (including mathematical tasks, geometric problems, and hypothesis formation) remain intact after callosotomy (Gazzaniga, 1985). Isolating half the brain, cutting its acreage by 50%, causes no major changes in cognitive function-nor do the patients notice any change in their abilities. The right hemisphere is impoverished in its ability to perform cognitive tasks, but it appears specialized for visuospatial tasks such as drawing cubes and other three-dimensional patterns.

از نقطه نظر شناختی، این مطالعات اولیه دانش عصبی طولانی مدت در مورد ماهیت دو نیمکره مغزی را که قبلاً از بیماران مبتلا به ضایعات نیمکره یک طرفه به دست آمده بود، تأیید کرد: نیمکره چپ برای زبان، گفتار و حل مشکل اصلی غالب است. ضریب هوشی کلامی‌و ظرفیت حل مسئله (شامل وظایف ریاضی، مسائل هندسی و تشکیل فرضیه) پس از کالوسوتومی‌دست نخورده باقی می‌ماند (Gazzaniga، 1985). جداسازی نیمی‌از مغز، کاهش 50 درصدی سطح زمین، هیچ تغییر عمده ای در عملکرد شناختی ایجاد نمی‌کند و بیماران هیچ تغییری در توانایی‌های خود مشاهده نمی‌کنند. نیمکره راست در توانایی خود برای انجام وظایف شناختی ضعیف است، اما به نظر می‌رسد برای کارهای بصری-فضایی مانند کشیدن مکعب‌ها و سایر الگوهای سه بعدی تخصصی است.

Split-brain patients cannot name or describe visual and tactile stimuli presented to the right hemisphere, because the sensory information is disconnected from the dominant left (speech) hemisphere. This does not mean that knowledge about the stimuli is absent in the right hemisphere, however. Nonverbal response techniques are required to demonstrate the competence of the right hemisphere. For example, the left hand can be used to point to named objects or to demonstrate the function of depicted objects presented in the left visual field, which travel to the right hemisphere.

بیماران تقسیم مغز نمی‌توانند محرک‌های دیداری و لمسی ارائه شده به نیمکره راست را نام ببرند یا توصیف کنند، زیرا اطلاعات حسی با نیمکره چپ (گفتار) غالب قطع شده است. با این حال، این بدان معنا نیست که دانش در مورد محرک‌ها در نیمکره راست وجود ندارد. تکنیک‌های پاسخ غیرکلامی‌برای نشان دادن صلاحیت نیمکره راست مورد نیاز است. به عنوان مثال، از دست چپ می‌توان برای اشاره به اشیاء نام‌گذاری شده یا برای نشان دادن عملکرد اشیاء تصویر شده در میدان دید چپ، که به نیمکره راست حرکت می‌کنند، استفاده کرد.

SPLIT-BRAIN EVIDENCE FOR CALLOSAL FUNCTION SPECIFICITY

مدرک تقسیم مغز برای خاص بودن عملکرد کلازوم

We have seen that when the corpus callosum is fully sectioned, little or no perceptual or cognitive interaction occurs between the hemispheres. Surgeons sometimes perform the split-brain procedure in stages, however, restricting the initial operation to the anterior or posterior half of the callosum. The remaining fibers are sectioned in a second operation only if the seizures continue to persist.

دیده‌ایم که وقتی جسم پینه‌ای به‌طور کامل بریده می‌شود، تعامل ادراکی یا شناختی کمی‌بین نیمکره‌ها رخ می‌دهد. جراحان گاهی اوقات عمل تقسیم مغز را به صورت مرحله ای انجام می‌دهند، اما عمل اولیه را به نیمه قدامی‌یا خلفی پینه محدود می‌کنند. الیاف باقی مانده در یک عمل دوم تنها در صورتی برش داده می‌شوند که تشنج ادامه یابد.

This two-stage procedure offers a unique glimpse into what the anterior and posterior callosal regions transfer between the cerebral hemispheres. For example, when the splenium, the posterior area of the callosum that interconnects the occipital lobe, is spared, visual information is transferred normally between the two cerebral hemispheres (Figure 4.13). In these instances, pattern, color, and linguistic information presented anywhere in either visual field can be matched with information presented to the other half of the brain. The patients, however, show no evidence of interhemispheric transfer of tactile information from touched objects. Tactile information turns out to be transferred by fibers in a region just anterior to the splenium, still located in the posterior half of the callosum.

این روش دو مرحله ای یک نگاه اجمالی منحصر به فرد به آنچه که ناحیه پینه ای قدامی‌و خلفی بین نیمکره‌های مغزی منتقل می‌شود، ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، هنگامی‌که طحال، ناحیه خلفی پینه که لوب اکسیپیتال را به هم متصل می‌کند، در امان باشد، اطلاعات بصری به طور معمول بین دو نیمکره مغزی منتقل می‌شود (شکل 4.13). در این موارد، الگو، رنگ، و اطلاعات زبانی ارائه شده در هر نقطه از هر یک از زمینه‌های بینایی را می‌توان با اطلاعات ارائه شده به نیمه دیگر مغز مطابقت داد. با این حال، بیماران هیچ مدرکی مبنی بر انتقال بین نیمکره ای اطلاعات لمسی از اجسام لمس شده نشان نمی‌دهند. معلوم می‌شود که اطلاعات لمسی توسط الیاف در ناحیه ای درست در جلوی طحال که هنوز در نیمه خلفی پینه قرار دارد، منتقل می‌شود.

FIGURE 4.13 An incomplete corpus callosotomy.
This MRI shows that the splenium (arrow) was spared in the split-brain procedure performed on this patient. As a result, visual information could still be transferred between the cerebral hemispheres.

شکل 4.13 کالوزوتومی جسم ناقص.
این MRI نشان می‌دهد که طحال (پیکان) در روش تقسیم مغزی که روی این بیمار انجام شد، در امان مانده است. در نتیجه، اطلاعات بصری همچنان می‌تواند بین نیمکره‌های مغزی منتقل شود.

When the posterior half of the callosum is sectioned, transfer of visual, tactile, and auditory sensory information is severely disrupted, but the remaining intact anterior region of the callosum is still able to transfer higher-order information. For example, one patient (J.W.) was tested soon after this surgery. The first test, flashing a simple picture to either hemisphere, resulted in the expected finding that the left hemisphere could name the picture, but the right could not. The question was whether other information could be transferred anteriorly, resulting in some type of cross-integration of information. To make this determination, a different stimulus was flashed to each hemisphere. For example, the left hemisphere saw the word “sun,” and the right hemisphere saw a black-and-white drawing of a traffic light. J.W. was asked, “What did you see?” The following conversation ensued (Gazzaniga, 2015, p. 242):

هنگامی‌که نیمه خلفی پینه برش داده می‌شود، انتقال اطلاعات حسی بینایی، لمسی و شنوایی به شدت مختل می‌شود، اما ناحیه قدامی‌دست نخورده باقی مانده پینه همچنان قادر به انتقال اطلاعات درجه بالاتر است. به عنوان مثال، یک بیمار (J.W.) بلافاصله پس از این جراحی مورد آزمایش قرار گرفت. اولین آزمایش، چشمک زدن یک تصویر ساده به هر یک از نیمکره‌ها، به این نتیجه رسید که نیمکره چپ می‌تواند تصویر را نامگذاری کند، اما نیمکره راست نمی‌تواند. سوال این بود که آیا می‌توان اطلاعات دیگری را از قبل منتقل کرد که منجر به نوعی ادغام متقابل اطلاعات شود؟ برای انجام این تعیین، یک محرک متفاوت به هر نیمکره فلش زده شد. به عنوان مثال، نیمکره چپ کلمه “خورشید” را دید و نیمکره راست یک نقاشی سیاه و سفید از یک چراغ راهنمایی دید. J.W. پرسیده شد: چه دیدی؟ گفت و گوی زیر انجام شد (Gazzaniga, 2015, p. 242):

M.S.G.: What did you see?
J.W.: The word sun on the right and a picture of something on the left. I don’t know what it is but I can’t say it. I wanna but I can’t. I don’t know what it is.
M.S.G.: What does it have to do with? J.W.: I can’t tell you that either. It was the word sun on the right and a picture of something on the left… I can’t think of what it is. I can see it right in my eyes and I can’t say it.

M.S.G.: Does it have to do with airplanes?
J.W.: No.
M.S.G.: Does it have to do with cars? J.W.: Yeah (nodding his head). I think so… it’s
a tool or something… I dunno what it is and I can’t say it. It’s terrible.
M.S.G.: … are colors involved in it?
J.W.: Yeah, red, yellow ……. traffic light? M.S.G.: You got it.

M.S.G.: چی دیدی؟
J.W.: کلمه خورشید در سمت راست و تصویر چیزی در سمت چپ. نمیدونم چیه ولی نمیتونم بگم من می‌خواهم اما نمی‌توانم من نمی‌دانم آن چیست.
M.S.G.: چه ربطی دارد؟ J.W.: من هم نمی‌توانم این را به شما بگویم. این کلمه خورشید در سمت راست بود و تصویر چیزی در سمت چپ … نمی‌توانم فکر کنم آن چیست. من می‌توانم آن را درست در چشمانم ببینم و نمی‌توانم آن را بگویم.

M.S.G.: آیا به هواپیما ربطی دارد؟
J.W.: نه.
M.S.G.: آیا به ماشین ربطی دارد؟ J.W.: بله (سرش را تکان می‌دهد). من فکر می‌کنم اینطور است … این است
یک ابزار یا چیزی… نمی‌دانم چیست و نمی‌توانم بگویم. این وحشتناک است.
M.S.G.: … آیا رنگ‌ها در آن دخالت دارند؟
جی دبلیو: آره، قرمز، زرد ……. چراغ راهنمایی؟ M.S.G.: متوجه شدید.

Two months after surgery, J.W. was playing this “20 questions” type of game with himself. This time the word “knight” was flashed to the right hemisphere. He had the following dialogue with himself: “I have a picture in mind but can’t say it. Two fighters in a ring. Ancient and wearing uniforms and helmets… on horses … trying to knock each other off… Knights?” (Sidtis et al., 1981). The word that his right hemisphere had seen (but his left hemisphere had not) elicited higher-order associations in the right hemisphere. Close examination revealed that the left hemisphere was receiving higher- order cues about the stimulus without having access to the sensory information about the stimulus itself (Figure 4.14). In short, the anterior part of the callosum transfers semantic information about the stimulus but not the stimulus itself (Sidtis et al., 1981). After the anterior callosal region was sectioned in this patient, this capacity was lost.

دو ماه پس از جراحی، J.W. این نوع بازی “20 سوال” را با خودش انجام می‌داد. این بار کلمه “شوالیه” به نیمکره راست فلاش زده شد. او این دیالوگ را با خودش داشت: “تصویری در ذهن دارم اما نمی‌توانم آن را بگویم. دو مبارز در یک رینگ. باستانی و پوشیدن یونیفورم و کلاه ایمنی… سوار بر اسب… تلاش برای کوبیدن یکدیگر… شوالیه‌ها؟” (سیدیس و همکاران، 1981). کلمه ای که نیمکره راست او دیده بود (اما نیمکره چپ او ندیده بود) باعث ایجاد ارتباط‌های مرتبه بالاتری در نیمکره راست شد. بررسی دقیق نشان داد که نیمکره چپ بدون دسترسی به اطلاعات حسی مربوط به خود محرک، نشانه‌های درجه بالاتری را در مورد محرک دریافت می‌کند (شکل 4.14). به طور خلاصه، قسمت قدامی‌پینه اطلاعات معنایی را در مورد محرک منتقل می‌کند اما خود محرک را منتقل نمی‌کند (Sidtis et al., 1981). پس از برش ناحیه پینه ای قدامی‌در این بیمار، این ظرفیت از بین رفت.

Occasionally, part of the callosum was inadvertently spared during surgery. In most cases this fact was not fully appreciated until many years after the surgery was done, when newer scanning technologies made detecting these remaining fibers possible. Older findings had to be reevaluated and often re- interpreted in light of the updated existence of callosal connections.

گاهی اوقات، بخشی از پینه به طور ناخواسته در طول عمل جراحی در امان می‌ماند. در بیشتر موارد، این واقعیت تا سال‌ها پس از انجام جراحی، زمانی که فن‌آوری‌های اسکن جدیدتر تشخیص این فیبرهای باقی‌مانده را امکان‌پذیر ساختند، کاملاً درک نشد. یافته‌های قدیمی‌تر باید مورد ارزیابی مجدد قرار می‌گرفت و اغلب با توجه به وجود به‌روزرسانی‌شده اتصالات کالوسال، دوباره تفسیر می‌شد.

FIGURE 4.14 Location of callosal resection determines what information is transferred between hemispheres. Schematic representation of split-brain patient J.W’s naming ability for objects in the left visual field at each operative stage.

شکل 4.14 محل برداشتن کالوسال مشخص می‌کند که چه اطلاعاتی بین نیمکره‌ها منتقل می‌شود. نمایش شماتیک توانایی نام‌گذاری J.W برای اشیاء در میدان بینایی سمت چپ در هر مرحله عمل.

TAKE-HOME MESSAGES

پیام‌های کلیدی

▪️ The anatomy of the optic nerve allows visual information to be presented uniquely to one hemisphere or the other in split-brain patients.

▪️ آناتومی‌عصب بینایی اجازه می‌دهد تا اطلاعات بصری به طور منحصر به فرد به یک نیمکره یا نیمکره دیگر در بیماران تقسیم مغز ارائه شود.

▪️ Methodological issues that arise in evaluating the performance of split-brain patients include identifying prior neurological damage, accurately evaluating the extent of the sectioning, and paying meticulous attention to experimental design in order to eliminate the possibility of cross-cuing between the hemispheres.

▪️ مسائل روش شناختی که در ارزیابی عملکرد بیماران دوشاخه ایجاد می‌شود شامل شناسایی آسیب عصبی قبلی، ارزیابی دقیق وسعت برش و توجه دقیق به طراحی آزمایشی به منظور از بین بردن احتمال اتصال متقاطع بین نیمکره‌ها است.

▪️ The splenium is the most posterior portion of the corpus callosum. When the posterior half of the callosum is sectioned in humans, the transfer of visual, tactile, and auditory sensory information is severely disrupted.

▪️ اسپلنیوم خلفی ترین قسمت جسم پینه ای است. هنگامی‌که نیمه خلفی پینه در انسان برش داده می‌شود، انتقال اطلاعات حسی بینایی، لمسی و شنوایی به شدت مختل می‌شود.

▪️ The anterior part of the callosum is involved in the transfer of higher-order semantic information.

▪️ قسمت قدامی‌پینه در انتقال اطلاعات معنایی مرتبه بالاتر نقش دارد.