Ученые из Университета штата Мэриленд поместили взрослых мышей в темное помещение на неделю, а затем дали им прослушать 17 звуков, измеряя в это время активность слуховой коры мозга. На основании предыдущих исследований они ожидали увидеть изменения в нейронных сетях, но группы нейронов повели себя иначе.
Фото: Depositphotos / PhotoXPress.ru
Фото: Depositphotos / PhotoXPress.ru
В результате проведенной в темноте недели у взрослых мышей произошло перераспределение расположения участков, восприимчивых к определенным частотам. В изучаемых зонах слуховой коры исследователи наблюдали увеличение количества нейронов, чувствительных к высоким и низким частотам, и снижение количества нейронов, восприимчивых к диапазону средних частот.
Эксперимент показал, что депривация зрения у взрослых мышей на короткий период увеличивает восприимчивость отдельных нейронов в слуховой коре мозга. Ученые намерены продолжать исследования, так как уверены, что кросс-модальное обучение (манипуляции одним органом чувств для стимуляции работы другого) может помочь людям с ограниченными возможностями здоровья. Например, временная депривация зрения может помочь глухим людям и людям с ослабленным слухом адаптироваться к слуховым имплантам и аппаратам.
Нина Красковская, лаборант Лаборатории молекулярной нейродегенерации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого:
— В целом мозг как орган чрезвычайно пластичен. Это его свойство позволяет живым организмам быстро приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Головной мозг человека содержит около 100 млрд нейронов, а количество потенциальных связей, которые они могут образовать, в тысячи раз превышает количество звезд в нашей галактике. С этой точки зрения, адаптационные способности мозга кажутся безграничными. В основе механизма адаптации лежит феномен нейропластичности — способности нейронов формировать новые синаптические связи и ремоделировать существующие нейронные сети. Скорость формирования новых синаптических связей между нейронами варьируется в широком временном диапазоне и может занимать от нескольких часов до нескольких дней. В частности, авторы исследования наблюдали изменения в участках слуховой коры уже через ненеделю, а в качестве стимула для активации механизмов синаптического ремоделирования было выбрано кросс-модальное обучение. Предполагается, что это поможет раскрыть компенсаторный потенциал мозга и отчасти восполнить функционал поврежденных областей. В связи с этим, основываясь на нейропластичности головного мозга, авторы полагают, что кросс-модальное обучение может иметь терапевтический потенциал при лечении пациентов с нарушениями слухового аппарата. Феномен нейропластичности в целом хорошо известен среди ученых и клиницистов и в настоящее время также активно внедряется в клиническую практику при нейрореабилитации пациентов после перенесенного инсульта. Вместе с тем, несмотря на огромные адаптационные способности головного мозга, направленные на поддержание полноценной функциональной активности, определяющую роль в положительном исходе адаптации будет иметь степень повреждения нейронов и в особенности их возможность формировать новые синаптические связи.
Константин Бразовский, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета:
— Способности мозга по адаптации к внешним условиям практически безграничны, что в очередной раз было подтверждено работой группы ученых из университетов Мэриленда и Джонса Хопкинса. Ранее было известно, что сенсорная депривация одной системы может быть компенсирована увеличением чувствительности другой. Например, у людей с ограниченными возможностями зрения возрастает слуховая чувствительность и улучшается пространственное восприятие звука. За счет этого появляется возможность пространственной навигации с использованием эхолокации (постукивание тростью по тротуару).
Полученные группой исследователей экспериментальные данные раскрывают роль и отчасти механизмы нейрональной пластичности, лежащие в основе сенсорной адаптации после окончания критического периода развития мозга. Полученные данные свидетельствуют о том, что даже взрослый мозг сохраняет способность к тонкой настройке активности и взаимодействия нейронов. Немного опережая события, можно предположить, что вскоре появятся новые методы нейрореабилитации на основе кросс-модальной стимуляции. Разработка таких методов ведется во всем мире, но их развитие существенно замедляет неполнота фундаментальных нейрофизиологических знаний о механизмах нейрональной пластичности и тонких процессах, происходящих при взаимодействии сенсорных систем различной модальности. Результаты рассматриваемого исследования, без сомнения, помогут в создании новых реабилитационных методик.
Людмила Каташинская, кандидат биологических наук, доцент Тюменского государственного университета:
— Проводимый американскими учеными эксперимент на животных имеет достаточно большое значение для понимания принципов работы нейронов головного мозга. Регистрация реакций нейронов на световые и слуховые раздражители, проведенная российскими учеными, выявила сходство временных интервалов модуляции звуком ответов на свет в опытах на кролике и в психофизических опытах на людях, тем самым подтверждая интеграцию ответов нейронов на зрительные и слуховые стимулы.
По результатам экспериментов на кроликах было также показано, что воздействие звуковых раздражителей при синхронном сочетании со светом приводит к усилению зрительных реакций.
В научной литературе также приводятся данные о так называемом временном окне, в котором происходит взаимодействие и интеграция звука и света. Данные, полученные в опытах на животных и психофизиологических экспериментах на людях, позволяют сделать вывод о сходстве базовых механизмов переработки информации у человека и животных. В серии психофизиологических экспериментов был определен интервал между звуком и светом, при котором зрительные и слуховые стимулы сливаются в один образ.
Требуется дальнейшее исследование межмодального взаимодействия нейронов различных сенсорных зон. Несомненно, что проведенный американскими учеными эксперимент расширяет наши представления о кросс-модальном обучении и имеет определенное практическое значение для разработки программ адаптации людей с ограниченными возможностями здоровья.
Павел Волчков, руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ:
— Изменения в нейронных сетях в зрительном и слуховом центре еще раз подтвердили, что кора головного мозга млекопитающих весьма мобильна и способна к быстрым перестройкам в зависимости от условий. Это один из компонентов обучения и адаптации. Эксперимент показывает, что на нейронном уровне количество связей меняется: не стоит тратить энергию на поддержание незадействованных органов чувств, эффективнее их перераспределить. Так, человеку достаточно провести в закрытой полностью темной комнате несколько часов и его слух обостряется.
В отсутствие зрения мыши полагаются на остальные формы чувств и слух становится одним из основных. Человек более 50 процентов информации получает через зрение, мыши, несмотря на то что относятся к ночным животным, также в значительной степени используют зрение, но слух для них играет существенно большую роль.