Автор: редакция
Мозг взрослого человека более пластичен, чем считалось ранее, согласно данным исследователей из Междисциплинарного центра Герцлии. Они обучили 50-летнего мужчину, слепого от рождения, «видеть» с помощью слуха и обнаружили, что нейронные цепи в его мозге сформировали так называемые топографические карты — тип организации мозга, который, как считалось ранее, возникает только во младенчестве. Это открытие, о котором недавно сообщили в журнале NeuroImage, проливает новый свет на способность мозга к изменениям и обещает помочь людям восстановить утраченные функции, например, после инсульта.
«Человеческий мозг действительно более пластичен в младенчестве, но он сохраняет огромный потенциал для изменений на протяжении всей жизни» — говорит профессор Амир Амеди, руководитель Института мозга, познания и технологий имени Баруха Ивчера при МЦР Герцлия, чья команда провела исследование.
Это исследование — последний вызов со стороны Амеди классической теории организации мозга, согласно которой мозг имеет специализированные области, каждая из которых предназначена для обработки определенного типа сенсорной информации — визуальной, слуховой и так далее. Согласно этой теории, для того чтобы эти области были организованы должным образом, мы должны подвергаться воздействию соответствующих стимулов в раннем возрасте. Эта точка зрения основана на фундаментальных исследованиях Дэвида Хьюбела и Торстена Н. Визеля, удостоенных в 1981 году Нобелевской премии по физиологии и медицине за эти исследования, которые показали, что без воздействия таких стимулов в критический период ранней жизни соответствующая сенсорная система не развивается. Считается, что после критического периода мозг постепенно теряет пластичность, то есть способность к самоизменению на основе нового опыта.
Однако в последнее десятилетие появляется всё больше доказательств того, что сенсорные области мозга могут обрабатывать стимулы, не относящиеся к их «специализации». В недавнем обзоре в журнале Neuroscience and Biobehavioral Reviews профессор Амеди и доктор Бенедетта Хаймлер собрали убедительные данные, полученные с помощью исследования здоровых, а также слабовидящих и слабослышащих людей, показывающие, что сенсорные области, лишенные естественных путей входящей информации, могут быть активированы нетипичными ощущениями — например, зрительная кора может быть активирована звуком или прикосновением.
Более того, исследователи приводят результаты исследований, в том числе проведенных в лаборатории Амеди, в которых такая нетипичная активация была достигнута у взрослых. Они призывают пересмотреть классическую концепцию критических периодов развития: вместо фиксированного временного окна в раннем возрасте они предлагают сосредоточиться на способности мозга приобретать специализацию на протяжении всей жизни человека, другими словами, возможно обратить вспять потерю пластичности.
В новом исследовании, опубликованном в журнале NeuroImage, команда Амеди обучила слепого от рождения мужчину под псевдонимом MaMe распознавать объекты с помощью разработанного в лаборатории алгоритма сенсорной замены. Метод EyeMusic преобразует визуальные стимулы в «звуковые ландшафты», звуковые единицы, которые передают информацию о геометрических формах. Они передают положение по оси y с помощью музыкального тона, а по оси x — с помощью времени. Таким образом, тоны более высокого уровня обозначают более высокие места, а их расположение во времени соответствует их расположению слева направо. Исследователи просканировали мозг МаМе с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии до обучения и после того, как он успешно научился распознавать звуковые ландшафты.
Хофштаттер описал результаты: «После того как MaMe научился интерпретировать звуковые ландшафты, было показано, что его нейронные цепи активировались не только в слуховой коре, но и в затылочной, которая принимает зрительные стимулы у зрячих людей и, как ожидается, не должна работать у слепого от рождения человека». Амеди добавляет: «Мало того, активация происходила в соответствии с топографическими картами — высоко упорядоченным образом, в котором внешние стимулы отображаются во всех сенсорных системах человеческого мозга. Например, в зрительной коре у зрячих людей соседние места «отображаются» на соседних нейронах, в то время как места, находящиеся на большом расстоянии друг от друга, представлены нейронами, расположенными дальше».
Сканирование МаМе выявило топографические карты в мозге, настроенные на высоту тона и время — или даже на оба эти параметра одновременно, — которые не существовали до того, как он начал обучение. Например, тона одинаковой высоты были представлены соседними нейронами, а тона радикально отличающиеся — нейронами, удаленными друг от друга. Впервые было показано, что топографические карты возникают в мозге взрослого человека.
Эти результаты свидетельствуют о том, что сенсорные области мозга предназначены для конкретных вычислений, а не для конкретных ощущений, и что они могут быть адаптированы для обработки новых сенсорных впечатлений.
В прошлом исследования других ученых на новорожденных лабораторных животных показали, что можно «переместить» функцию зрения в слуховую область мозга, хирургически проводя нервные волокна от зрительной коры к слуховой. Новое исследование Хофштеттера и его коллег является доказательством того, что подобный переход может быть осуществлен неинвазивным способом и в мозге взрослого, а не младенца.
«Критические периоды не являются постоянными точками отсечения для развития новых сенсорных способностей — скорее, в некотором смысле, мы можем дать мозгу второй шанс в любой момент жизни» — говорит Амеди.
Он отмечает, что EyeMusic может научить людей развивать способность, схожую со способностью летучих мышей и дельфинов: извлекать информацию о геометрических формах из сложных звуков. Главное отличие, конечно, в том, что животные развивали эту естественную способность в течение сотен тысяч лет эволюции, в то время как в лаборатории ее можно приобрести после относительно короткого обучения.
«При правильной технологии можно вызвать ускоренную эволюцию сенсорного отдела мозга» — говорит Амеди.
Оригинал: MedicalXpress
