Одна часть мозга не работает

Жить с одним полушарием: что такое пластичность мозга?

Наталия Киеня

Еще 30 лет назад человеческий мозг считался органом, который заканчивает свое развитие во взрослом возрасте. Однако наша нервная ткань эволюционирует всю жизнь, отвечая на движения интеллекта и изменения во внешней среде. Пластичность мозга позволяет человеку учиться, исследовать или даже жить с одним полушарием, если второе было повреждено. T&P рассказывают, что такое нейропластичность и как она работает на физиологическом и молекулярном уровне.

Развитие мозга не замирает, когда завершается его формирование. Сегодня мы знаем, что нейронные связи возникают, гаснут и восстанавливаются постоянно, так что процесс эволюции и оптимизации в нашей голове не прекращается никогда. Это явление носит название «нейрональная пластичность», или «нейропластичность». Именно она позволяет нашему разуму, сознанию и когнитивным навыкам адаптироваться к изменениям окружающей среды, и именно она является ключом к интеллектуальной эволюции вида. Между клетками нашего мозга постоянно возникают и поддерживаются триллионы связей, пронизанных электрическими импульсами и вспыхивающих, как маленькие молнии. Каждая клетка на своем месте. Каждый межклеточный мостик тщательно проверен с точки зрения необходимости его существования. Ничего случайного. И ничего предсказуемого: ведь пластичность мозга — это его способность приспосабливаться, улучшать себя и развиваться по обстоятельствам.

Пластичность позволяет мозгу переживать удивительные перемены. Например, одно полушарие может дополнительно взять на себя функции другого, если то не работает. Так произошло в случае Джоди Миллер — девочки, которой в возрасте трех лет из-за не поддававшей лечению эпилепсии почти целиком удалили кору правого полушария, заполнив освободившееся пространство спинномозговой жидкостью. Левое полушарие почти мгновенно стало адаптироваться к создавшимся условиям и взяло на себя управление левой половиной тела Джоди. Спустя всего десять дней после операции девочка покинула больницу: она уже могла ходить и пользоваться левой рукой. Несмотря на то что у Джоди осталась только половина коры, ее интеллектуальное, эмоциональное и физическое развитие идет без отклонений. Единственным напоминанием об операции остается легкий паралич левой части тела, который, однако, не помешал Миллер посещать занятия по хореографии. В 19 лет с отличными оценками она окончила школу.

Все это стало возможным благодаря способности нейронов создавать между собой новые связи и стирать старые, если они не нужны. В основе этого свойства мозга лежат сложные и малоизученные молекулярные события, которые опираются на экспрессию генов. Неожиданная мысль ведет к появлению нового синапса — зоны контакта между отростками нервных клеток. Освоение нового факта — к рождению новой клетки мозга в гипоталамусе. Сон дает возможность растить необходимые и удалять ненужные аксоны — длинные отростки нейронов, по которому нервные импульсы идут от тела клетки к ее соседкам.

Если ткань повреждена, мозг узнает об этом. Часть клеток, которые раньше анализировали свет, могут начать, к примеру, обрабатывать звук. Судя по данным исследований, в том, что касается информации, у наших нейронов просто зверский аппетит, так что они готовы анализировать все, что им только предложат. Любая клетка способна работать со сведениями любого типа. Ментальные события провоцируют лавину событий молекулярных, которые происходят в телах клеток. Тысячи импульсов регулируют производство молекул, необходимых для мгновенного ответа нейрона. Генетический пейзаж, на фоне которого разворачивается это действо, — физические изменения нервной клетки — выглядит невероятно многоплановым и сложным.

«Процесс развития мозга позволяет создавать миллионы нейронов в правильных местах, а потом «инструктирует» каждую клетку, помогая ей сформировать уникальные связи с другими клетками», — рассказывает Сьюзан МакКоннел, ученый-нейробиолог из Стэнфордского университета. «Можно сравнить это с театральной постановкой: она разворачивается по сценарию, написанному генетическим кодом, но у нее нет ни режиссера, ни продюсера, а актеры ни разу в жизни не разговаривали друг с другом до того, как выйти на сцену. И несмотря на все это, спектакль идет. Для меня это настоящее чудо».

Пластичность мозга проявляется не только в экстремальных случаях — после травмы или болезни. Само по себе развитие когнитивных способностей и памяти тоже является ее следствием. Исследования доказали, что освоение любых новых навыков, будь то изучение иностранного языка или привыкание к новой диете, усиливает синапсы. При этом декларативная память (например, запоминание фактов) и процедурная память (например, сохранение моторных навыков езды на велосипеде) связаны с двумя известными нам типами нейропластичности.

Структурная нейропластичность: постоянная развития

С декларативной памятью связана структурная нейропластичность. Каждый раз, когда мы обращаемся к знакомой информации, синапсы между нашими нервными клетками меняются: стабилизируются, усиливаются или стираются. Это происходит в мозжечке, миндалинах, гиппокампе и коре больших полушарий каждого человека каждую секунду. «Приемники» информации на поверхности нейронов — так называемые дендритные шипики — растут, чтобы усваивать больше сведений. Причем если процесс роста запускается в одном шипике, соседние тут же охотно следуют его примеру. В постсинаптических уплотнениях — плотной зоне, которая есть в некоторых синапсах, — вырабатывается больше 1000 белков, которые помогают отрегулировать обмен информацией на химическом уровне. По синапсам курсируют множество различных молекул, действие которых позволяет им не распасться. Все эти процессы идут постоянно, так что с точки зрения химии наша голова выглядит как пронизанный транспортными сетями мегаполис, который всегда находится в движении.

Нейропластичность обучения: вспышки в мозжечке

Нейропластичность обучения, в отличие от структурной, возникает вспышками. Она связана с процедурной памятью, отвечающей за чувство равновесия и моторику. Когда мы садимся на велосипед после долгого перерыва или учимся плавать кролем, в нашем мозжечке восстанавливаются или возникают впервые так называемые лазящие и моховидные волокна: первые — между крупными клетками Пуркинье в одном слое ткани, вторые — между гранулярными клетками в другом. Множество клеток меняется вместе, «хором», в один и тот же момент, — так что мы, ничего специально не вспоминая, оказываемся способны сдвинуть с места самокат или удержаться на плаву.

Моторная нейропластичность тесно связана с явлением долговременной потенциации — усилением синаптической передачи между нейронами, которое позволяет надолго сохранить проводящий путь. Сегодня ученые полагают, что долговременная потенциация лежит в основе клеточных механизмов обучения и памяти. Это она на протяжении всего процесса эволюции различных видов обеспечивала их способность приспосабливаться к изменениям окружающей среды: не падать с ветки во сне, копать подмерзшую почву, замечать тени хищных птиц в солнечный день.

Очевидно, однако, что два типа нейропластичности позволяют описать далеко не все изменения, которые происходят в нервных клетках и между ними на протяжении жизни. Картина мозга, похоже, так же сложна, как картина генетического кода: чем больше мы о нем узнаем, тем лучше понимаем, как мало нам в действительности известно. Пластичность позволяет мозгу приспосабливаться и развиваться, менять свою структуру, улучшать свои функции в любом возрасте и справляться с последствиями болезней и травм. Это результат одновременной совместной работы самых разных механизмов, законы которой нам еще только предстоит изучить.

Источник

Восстановление функций мозга в психиатрии и неврологии

Опубликовано сб, 03/10/2020 — 18:31

Несмотря на то, что значение исполнительного функционирования для психической деятельности сложно переоценить круг его составляющих, на мой взгляд, очерчен нечеток. Исполнительные функции (executive function — EF) касаются ряда способностей, включая решение проблем, планирование, инициирование, самоконтроль, сознательное внимание, возможность справляться с новыми ситуациями и способность изменять планы при необходимости. Это высокая когнитивная функция, которая крайне важна для человека и позволяет ему поддерживать повседневную деятельность, сохраняя при этом хорошее качество жизни. С областью исполнительных функций связаны ассоциации психопатологической симптоматики, когнитивный резерв, шкалы оценки и программы когнитивной реабилитации.

«Лобный синдром» и «синдром дизэксплуатации»

В прошлом, изучая пациентов с префронтальными повреждениями, исследователи отмечали определенные нарушения в некоторых функциях, таких как инициация, последовательность, гибкость, мониторинг, суждение, планирование, принятие решений и трудности при необходимости решения новых задач. В то время это функциональное нарушение было названо «синдромом лобной доли», хотя у некоторых из этих пациентов лобные доли были неврологически интактными. Затем неспособность контролировать эти когнитивные функции стала известна как «синдром дизэксплуатации» (DS — Dysexecutive Syndrome). В этом смысле DS не обязательно связан с травмой лобной доли, а скорее с рядом недостатков в обработке, планировании, инициировании поведения, поддержании этого поведения, саморегуляции и самоконтроле.

Лобные функции

Существует как минимум четыре категории, относящиеся к лобным функциям, но не обязательно обусловленным травмами лобной доли: энергизация, исполнительные когнитивные функции, саморегуляция поведения/эмоций и мета-когнитивный процесс.

«Энергизация» (Energization) или возбуждение

Процесс необходимого тонуса для инициации и сохранении любого (определенного) режима реагирования в зарубежной литературе обозначают термином «еnergization».

Исполнительные когнитивные функции

Планирование, контроль за последовательностью действий при решении задач и регулировка поведения в ряде случаев обозначают, как исполнительные когнитивные функции.

Саморегуляция поведения/эмоций

Необходимые для решения сложных ситуаций, обусловленных внешними триггерами привычки и навыки когнитивного анализа позволяют человеку самостоятельно регулировать свои эмоциии и поведение.

Мета-когнитивный процесс

Интеграция когниций и эмоций, аспекты личности, социальные когниции, самосознание, адекватное восприятие юмора являются составляющими мета-когнитивного процесса.

Исполнительные функции в психиатрии

Дефицит «исполнительной власти» наблюдается при многих психических расстройствах, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), шизофрению и биполярное аффективное расстройство. При расстройствах настроения пациенты имеют когнитивные нарушения, связанные с лобными областями, демонстрируя снижение показателей вербальной памяти, когнитивной гибкости, совладания, метакогниции и саморегуляции, особенно по сравнению со здоровыми субъектами. Фактически, заболевание, требующее наибольшей когнитивной реабилитации — это шизофрения, где может иметь место значительная потеря объема мозга. Кроме того, больные шизофренией продемонстрировали значительное снижение социальных навыков, что увеличило потребность в когнитивной реабилитации и, в частности, восстановления полноценного исполнительного функционирования. Эти методы (когнитивная ремедиация) должны сочетать нейрокогнитивные и психосоциальные компоненты, результаты которых показали положительное влияние на функционирование этих людей в повседневной жизни.

Исполнительные функции в наркологии

Расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, также связаны с исполнительными нарушениями, такими как потеря когнитивной гибкости, сложность принятия решений и скорость обработки информации. Опять же, здесь мы имеем гипофронтальность структур и сетей мозга.

Исполнительные функции в неврологии

Нарушения исполнительного функционирования связано и с подкорковыми расстройствами, в частности, с болезнью Паркинсона, прогрессирующим надъядерным параличом, болезнью Хантингтона, синдромом Корсакова и деменцией, вызванной вдыханием органических растворителей.

Восстановление мозга

В этом смысле представляют интерес две концепции, получившие известность в дискуссиях нейропсихологов: резерв мозга и резерв познания. Когнитивный и «мозговой резерв» могут снизить риск неадекватного поведения, поскольку он связан со способностью мозга активно справляться с повреждениями посредством реализации когнитивных процессов.

Работа с «резервом мозга»

«Резерв мозга» обычно относится к его определенным характеристикам, которые могут различаться у разных людей, включая размер, нейрогенез, плотность нейронов и синаптические связи. Многочисленные исследования предоставляют доказательства того, что резерв мозга может быть «податливым», и предполагают, что регулярные когнитивные упражнения, в частности, могут значительно помочь больным той же шизофренией. Образование увеличивает рост синапсов у младенца или ребенка. Кроме того, влияние упражнений с виртуальной реальностью на больных с черепно-мозговой травмой показывает улучшении некоторых когнитивных показателей.

«Когнитивный резерв»

«Когнитивный резерв» относится к способности мозга справляться с проблемами, используя другие когнитивные ресурсы. Как следствие, два человека с одинаковой степенью структурного резерва мозга могут более или менее успешно адаптироваться к травме головного мозга, если у одного есть больший объем «когнитивного резерва», то есть большее разнообразие когнитивных процессов, которые нужно задействовать или использовать в качестве компенсации. Нейронную реализацию «когнитивного резерва» можно разделить на «нейронный резерв» и «нейронную компенсацию». Первый относится к дифференциальным эффективным схемам синаптической связи, в то время как «нейронная компенсация» относится к привлечению областей мозга, которые обычно не используются людьми без патологии мозга для компенсации его повреждения.

Хороший когнитивный резерв может помочь в восстановлении и компенсации травмы за счет как нейронного резерва, так и нервной компенсации. Это позволяет нам задуматься о последствиях повреждения мозга с точки зрения нейропластичности и когнитивной реабилитации.

Как только появляется вероятность того, что проблемы DS положительно связаны с некоторыми структурными повреждениями, у людей с мозговым резервом появляется что-то вроде «жира, который нужно сжигать», тогда как те, у кого есть когнитивный резерв, могут лучше справляться и находить разные способы решения проблемы. Подтверждая эти выводы, некоторые данные, полученные от людей с высоким уровнем активности, таких как творчество, чтение, посещение друзей, посещение фильмов и ресторанов, прогулки и выполнение физических и «умственных» упражнений, говорит о том, что эти люди имеют меньший риск развития деменции.

Другие исследования показали, что у пациентов, у которых в анамнезе была преморбидная болезнь мозга, наблюдалось более выраженное когнитивное снижение посттравматического характера. С другой стороны, как упоминалось ранее, психические расстройства способны повредить резерв мозга, как это видно при шизофрении, когда потеря серого вещества может достигать 3% от общего объема всего мозга, в частности 3,5% в лобной доле.

Оценка исполнительной функции

Чтобы выбрать лучшую терапевтическую программу для восстановления мозга допустим при шизофрении, необходима хорошая нейропсихологическая оценка, основанная на трех основных целях: измерение, диагностика и интерпретация каждого измерения. Нейропсихологические тесты должны индивидуально различать когнитивные компоненты (измерения), такие как планирование или самоконтроль раздельно, а затем указывать, где сконцентрированы ошибки (диагностика). Последняя часть оценки состоит в том, чтобы решить, на чем будет сосредоточена реабилитация (интерпретация).

Виртуальная реальность

Еще один метод нейропсихологической оценки, который явно расширился в последние годы, — это использование виртуальной реальности (VR), которая также использовалась для целей когнитивной реабилитации.

Трудности оценки исполнительных функций

Поставить нейропсихологический диагноз, когда человек не функционирует эффективно — из-за его импульсивности, неспособности планировать или неспособности поддерживать поставленные задачи — не всегда просто, когда дело доходит до самоотчета. Более того, на практике может быть сложно определить все аспекты, связанные с проблемами поведения, из-за плохой способности к самоотчету. Например: плохое внимание или определенный дефицит рабочей памяти часто являются первыми симптомами, которые привлекают наше внимание. Как следствие, самоконтроль человека ухудшается, и, следовательно, пациент не замечает проблемы по мере их возникновения.

Экологическая значимость нейропсихологических тестов

В этом смысле некоторые нейропсихологи обсуждают экологическую значимость разумного количества нейропсихологических тестов. Под «экологическим» можно понимать, насколько тест репрезентативен для жизни конкретного человека. Некоторые авторы предположили, что большинство тестов не иллюстрируют истинность клинических проявлений; вероятно, потому, что эти оценки происходят не в повседневной жизни, но в стандартных тестах (неэкологических) они наблюдаются отдельно. «Карта зоопарка» и «тест на выполнение нескольких поручений» являются двумя примерами, имеющими большую экологическую ценность. Здесь пациент должен одновременно решить несколько задач. Это требует способности планирования, а также хороших управленческих способностей для решения всех задач. Больной смешивает простые задачи, делая упражнение с двумя задачами, особенно с несколькими поручениями, из-за шаблонов ошибок. Эти тесты ближе к реальной ситуации, чем другие тесты, которые могут быть отличными тестами EF, но не к обычным формам поведения, которые мы привыкли реализовать каждый день. Тест на «поведенческую память» — еще один действительный экологический тест, используемый для оценки повседневных проблем с памятью, выявления умеренных и тяжелых нарушений, однако незначительные нарушения памяти могут остаться здесь незамеченными у ряда пациентов, набравших баллы в пределах нормы.

Импульсивность

Еще одним проявлением исполнительного дефицита может быть импульсивность: для некоторых болльных проблема заключается не столько в неспособности смотреть вперед или предвидеть последствия, сколько сложность торможения своих желаний или импульсов в ответ на изменения внешней ситуации.

Программы реабилитации

Современные программы реабилитации считают функциональную оценку наиболее показательной. Они анализируют поведение пациента в тех ситуациях, когда присутствует дефицит, и замечают точную стадию, на которой человек ломается. Сосредоточив внимание на постепенном увеличении автономии пациента мы получим, большее количество попаданий в цели, которые могут быть достигнуты посредством когнитивной реабилитации. Представляют особый интерес виртуальные программы когнитивной ремедиации. Было обнаружено, что технология виртуальной реальности является хорошим средством лечения и оценки в нескольких контекстах. VR использовался как способ повышения экологической достоверности тестов, поскольку в виртуальном мире можно моделировать широкий спектр возможностей и ситуаций. Вместо того, чтобы моделировать обычную деятельность, V-STORE моделирует магазин, где пациенты должны забрать продукты в супермаркете Virtual Action-Planning Supermarket, имитируя повседневное выполнение поручений.

Целью каждой программы реабилитации руководителей должно быть улучшение или обеспечение большей автономии людей в повседневных ситуациях, позволяя им решать проблемы (в пределах своих возможностей), а не застревать в порочном круге, в котором не используются исполнительные навыки.

В основном программы реабилитации при префронтальных нарушениях можно разделить на четыре направления (см. выше).

Рабочая память

В контексте предполагаемой памяти повторное обучение — это метод, при котором клиент выполняет определенное действие многократно с увеличивающимися промежутками времени между ними. Этот интервальный поиск — полезный и хорошо известный метод изучения информации. Пока это удается, мы можем укреплять ретроспективную память, чтобы обеспечить необходимую поддержку будущей памяти. Этот способ очень полезен для людей, страдающих болезнью Альцгеймера, для выполнения ежедневной задачи предполагаемой памяти на необходимые действия, отображаемой в календаре (Fish et al., 2009). Кроме того, он может оказывать поддержку исполнительному компоненту с использованием свободных путей или интегративных подходов, направленных на повышение осведомленности о трудностях и расширение использования компенсационных стратегий.

Супервизия внимания

С тех пор, как была создана модель супервизорной системы внимания (SAS), стало ясно, что повседневное функционирование представляет собой очень сложное и динамичное взаимодействие автоматического рутинного поведения и сознательно контролируемого действия.

Источник