Неврологи выяснили, как человеческий мозг компенсирует отсутствие целого полушария

На снимках, полученных с помощью фМРТ, видны срезы мозга пациентов, перенёсших удаление полушария в детстве.

Иллюстрация D. Kliemann et al./Cell Reports. Vol. 29, November 19, 2019.

В исключительно тяжёлых случаях эпилепсии, когда изматывающие приступы повторяются снова и снова, а все испробованные варианты лечения неэффективны, специалисты прибегают к последней возможности облегчить состояние пациента и выполняют хирургическую операцию.

В ходе этого вмешательства, называемого гемисферэктомией, пациенту удаляют одно из полушарий головного мозга. Примечательно, что многие из перенёсших подобную операцию излечиваются от судорог и сохраняют основные двигательные, речевые и когнитивные навыки.

Чтобы понять, как мозг адаптируется к столь экстремальным изменениям, неврологи из Калифорнийского технологического института исследовали шесть таких редких случаев.

Возраст людей без одного полушария составил от 20 до 30 лет, а гемисферэктомию они перенесли в возрасте от трёх месяцев до 11 лет.

Исследовательская группа провела прооперированным добровольцам и двум здоровым участникам из контрольной группы функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ).

С её помощью неврологи оценивали активность головного мозга участников в покое. Это означает, что добровольцы не выполняли какую-либо конкретную задачу, находясь в сканере аппарата, а просто пребывали в расслабленном состоянии.

Экспертов интересовала работа нейронных сетей в частях мозга, контролирующих зрение, движения, эмоции и познание.

Кратко поясним, что именно благодаря таким сетям, то есть связям между клетками и различными областями головного мозга, человек имеет возможность ходить, говорить и выполнять множество других функций.

Полученные данные учёные сравнили не только с результатами контрольной группы, но и с почти полутора тысячами других архивных МРТ-снимков здорового мозга.

Сканирование показало, что нейронные сети у людей с отсутствующим полушарием были на удивление невредимы. Более того, у прооперированых в детстве участников число контактов между некоторыми областями мозга было заметно увеличено по сравнению с нормой.

К примеру, регионы мозга, которые контролируют функцию ходьбы, имели более активные и выраженные связи с участками, ответственными за речь.

"Мы обнаружили, что, несмотря на утрату целого полушария мозга, [у добровольцев] сохранились все те же основные сети, которые мы наблюдаем и в здоровом органе. По-видимому, нейросети [людей с гемисферэктомией] сотрудничают более тесно: хотя сами сети выглядят совершенно обычно, уровень взаимодействия между ними повышен у всех шести обследованных пациентов", – комментирует ведущий автор научной статьи Дорит Климанн (Dorit Kliemann) в пресс-релизе института.

Ранее специалисты Калифорнийского технологического института уже установили, что у людей, родившихся без мозолистого тела ("моста", соединяющего левое и правое полушария), в итоге развивается обычная двухсторонняя организация мозга.

Теперь же учёные знают, что главный орган центральной нервной системы способен развивать нейросети даже внутри одного полушария и таким образом компенсировать отсутствие большой части мозга.

В будущем неврологи намерены детально изучить и то, как гемисферэктомия влияет на поведение. Например, что происходит в головном мозге при выполнении определённого задания или как отражаются на его работе различные стимулы.

И это очень важный вопрос. Дело в том, что обычно прикосновение к одной из сторон тела регистрируется и обрабатывается в противоположной половине мозга. Однако при отсутствии одного из полушарий должна происходить глобальная переорганизация этого процесса, которую ещё необходимо изучить.

Исследователи отмечают, что одна из важнейших целей их работы – предоставить медицинским специалистам как можно больше информации о последствиях обширных операций на мозге и процессе восстановления после них.

Данные, полученные при обследовании людей с высоким уровнем компенсации после перенесённой гемисферэктомии, позволят усовершенствовать этот вид лечения и добиться оптимального результата.

"Способности наших пациентов поистине удивляют. Да, у них есть некоторые трудности, но уровень их когнитивных возможностей удивительно хорош, учитывая отсутствие половины мозга. Как такое возможно только с одним полушарием – это важный вопрос пластичности [мозга], его способности к перестройке и компенсации. И нам предстоит детально его исследовать", – заключает Дорит Климанн.

Результаты работы американских неврологов опубликованы в открытом доступе в издании Cell Reports.

Добавим, что ранее авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о способе воздействия на глубокие структуры мозга без хирургического вмешательства и о мозговом импланте, помогающем при тяжёлых формах эпилепсии.

Чтобы быть в курсе самых интересных научных новостей, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВК, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.