Асимметричные связи гиппокампа

Российская междисциплинарная группа учёных описала взаимодействия между гиппокампом и другими важнейшими областями головного мозга человека. Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Human Neuroscience (IF=3.634).

.

 гиппо

Гиппокамп обладает способностью порождения новых нейронов в течение всей жизни организма. Яркие точки на этом изображении представляют собой такие новые клетки. Источник: Борис Величковский

Новая работа выполнена сотрудниками  физического факультета и факультета психологии МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством Бориса Величковского с коллегами из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», а также Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Исследование поддержано Российским научным фондом (РНФ).

Нейрофизиологи исследовали гиппокамп – парную структуру в медиальных височных отделах полушарий головного мозга, которая привлекает внимание ученых всего мира в связи с его ролью в процессах запоминания и ориентации в пространстве.

Суть работы российских авторов заключалась в изучении причинно-следственных (или, как их иначе называют, эффективных) связей левого и правого гиппокампов человека с основными структурами так называемой сети пассивного режима мозга (DMN, default mode network), обеспечивающей работу мозга в состоянии бодрствующего покоя — базовом состоянии сознания человека. Эта сеть включает в себя медиальную префронтальную кору (mPFC), заднюю часть поясной извилины (PCC), а также нижнюю теменную кору головного мозга левого (LIPC) и правого (RIPC) полушарий. Две последних структуры объединяют интермодальную (зрительную, слуховую, вестибулярную и тактильную) информацию о противоположной половине эгоцентрического пространственного окружения: LIPC — о правом полупространстве, а RIPC — о левом полупространстве.

Авторы работы привлекли здоровых добровольцев (20 мужчин и 10 женщин) в возрасте от 20 до 35 лет. Все они были правшами. В состоянии покоя у участников были записаны данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Для расчета эффективных связей использовался математический метод спектрального динамического каузального моделирования (DCM). Основная идея этого метода — оценить параметры биологически обоснованной модели взаимодействия нейросетей мозга так, чтобы она наилучшим образом предсказывала наблюдаемые в эксперименте данные фМРТ.

Ученые провели три анализа DCM, проверив в общей сложности предсказания около 3000 количественных моделей. Два первых анализа позволили определить взаимодействия между областями, которые включали в себя четыре ключевых структуры сети пассивного режима мозга в дополнение к левому и правому гиппокампам. Третий анализ представлял собой виртуальный нейрохирургический эксперимент по определению последствий, которые могло бы иметь «удаление» одной из ключевых структур мозга человека, задней части поясной извилины (PCC), для работы гиппокампов и взимоотношений внутри сети пассивного режима мозга.

Изучение эффективных (причинно-следственных) связей обоих гиппокампов человека с другими важнейшими структурами мозга проводилось впервые. До сих пор исследования ограничивались выявлением анатомических и функциональных (корреляционных) связей.

«Мы обнаружили доказательства выраженной асимметричности в работе левого и правого гиппокампов, которая была совершенно неизвестна из работ, проводившихся на животных. В целом левый гиппокамп более активно, чем правый, взаимодействует с остальными структурами мозга. Видимо, это обусловлено тем, что речевые механизмы у человека (у 97% правшей и 75% левшей) локализованы в левом полушарии. Но у правого гиппокампа есть свое преимущество: он получает информацию из обоих интермодальных центров, LIPC и RIPC, что служит основой для целостного представления окружения. Левый гиппокамп, напротив, получает информацию только от LIPC, поэтому его «знание» об окружении ограничено правым «полупространством», — рассказал руководитель проекта и один из авторов статьи Борис Величковский, член-корреспондент РАН, заместитель директора Курчатовского комплекса НБИКС-технологий по научной работе, профессор факультета психологии и член Научного совета института человека МГУ имени М.В. Ломоносова.

 mn

Модели, объясняющие картину взаимодействия левого и правого гиппокампов человека с основными структурами дефолтной нейросети мозга. Источник: Борис Величковский

Такая асимметрия эффективных связей гиппокамов объясняет одно из самых частотных нарушений сознания, наблюдаемых в клинике локальных поражений мозга, а именно «левостороннее игнорирование полупространства» (left-sided spatial hemineglect) у пациентов с поражениями правого полушария. Пациент с таким поражением за едой игнорирует пищу, расположенную в левой части тарелки, или же, готовясь к врачебному осмотру, бреет только правую половину лица. Как правило, травмы левого полушария не приводят к аналогичным выпадениям восприятия правой половины окружения.

 ignore

Пациент с «левосторонним игнорированием полупространства» не замечает пищу, расположенную в левой части тарелки. Источник: Борис Величковский

«Это исследование позволило не только подойти к объяснению одного из важнейших принципов работы сознания человека, его зависимости от образа пространственного окружения, оно также показало стабильность паттернов эффективных связей при добавлении или удалении отдельных областей, открыв, таким образом, возможность с помощью метода DCM изучать общую нейросетевую архитектуру мозга человека по частям, добиваясь построения всё более полных моделей. Создаваемые с помощью комбинации нейрокогнитивных и вычислительных экспериментов модели такой архитектуры могут быть использованы для разработки систем антропоморфного искусственного интеллекта и математического расчета последствий тех или иных воздействий на работу живого, т.е. чувствующего и мыслящего, человеческого мозга», — заключил учёный.

Текст: Алексей Паевский в сотрудничестве с проектом Indicator.Ru

front in hum neuros

«Dynamic Causal Modeling of Hippocampal Links within the Human Default Mode Network: Lateralization and Computational Stability of Effective Connections».   Ushakov Vadim, Sharaev Maksim G., Kartashov Sergey I., Zavyalova Viktoria V., Verkhlyutov Vitaliy M., Velichkovsky Boris M. in Frontiers in Human Neuroscience. Doi: 10.3389/fnhum.2016.00528   

 

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *