Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кортикальное переназначение , также называемое корковой реорганизацией , - это процесс, при котором на существующую корковую карту воздействует стимул, в результате чего создается «новая» корковая карта. Каждая часть тела связана с соответствующей областью мозга, которая создает карту коры головного мозга . Когда что-то нарушает корковые карты, например, ампутация или изменение нейронных характеристик, карта больше не актуальна. В той части мозга, которая отвечает за ампутированную конечность или нейронные изменения, будут доминировать смежные области коры, которые все еще получают входные данные, таким образом создавая переназначенную область. [1]Переназначение может происходить в сенсорной или моторной системе. Механизм для каждой системы может быть совершенно разным. [2] Кортикальное переназначение в соматосенсорной системе происходит, когда произошло снижение сенсорного ввода в мозг из-за деафферентации или ампутации, а также увеличение сенсорного ввода в область мозга. [1] Переназначение двигательной системы получает более ограниченную обратную связь, которую трудно интерпретировать.

Изображение кортикальной карты собаки Дэвидом Феррье

История [ править ]

Локализация [ править ]

Уайлдер Пенфилд , нейрохирург, был одним из первых, кто нанес на карту корковые карты человеческого мозга. [3] При проведении операций на головном мозге у находящихся в сознании пациентов, Пенфилд касался сенсорной или моторной карты мозга пациента, расположенной на коре головного мозга , с помощью электрического зонда, чтобы определить, может ли пациент заметить определенное ощущение или движение в определенной области. на их теле. Пенфилд также обнаружил, что сенсорные или моторные карты были топографическими; области тела, прилегающие друг к другу, вероятно, будут смежными на картах коры головного мозга. [3]

Благодаря работе Пенфилда научное сообщество пришло к выводу, что мозг должен быть фиксированным и неизменным, потому что определенная область мозга соответствует определенной точке на теле. Однако этот вывод оспорил Майкл Мерзенич , которого многие называют «ведущим мировым исследователем пластичности мозга ». [3]

Пластичность [ править ]

В 1968 году Мерцених и два нейрохирурга, Рон Пол и Герберт Гудман, провели эксперимент по определению воздействия на мозг после того, как большой пучок периферических нервов в руках обезьян-подростков был разрезан и снова начал восстанавливаться. [3] [4] [5] Они знали, что периферическая нервная система может регенерировать себя, и иногда во время этого процесса нейроны случайно «перестраиваются». Эти «провода» случайно подключатся к другому аксону, стимулируя не тот нерв. Это привело к ощущению «ложной локализации»; когда пациента коснулись определенной области тела, это прикосновение фактически ощущалось на другой части тела, чем ожидалось.

Чтобы лучше понять это явление в мозге, они использовали микроэлектроды для микрокарта кортикальной карты руки обезьяны. Периферические нервы были разрезаны и сшиты близко друг к другу, чтобы увидеть признаки пересечения аксонных «проводов» во время регенерации. Через семь месяцев кортикальная карта рук обезьян была переназначена, и было обнаружено, что карта выглядела в основном нормальной, без «пересечения проводов», как ожидалось. Они пришли к выводу, что если кортикальная карта могла «нормализоваться» при нерегулярной стимуляции, то мозг взрослого человека должен быть пластичным .

Этот эксперимент помог вызвать сомнения относительно научной «истины» о том, что мозг взрослого человека зафиксирован и не может продолжать изменяться за пределами критического периода , особенно по Мерцениху. Позже в своей карьере Мерзенич провел эксперимент, который выявил существование переназначения коры и нейропластичности. Мерцених и другой нейробиолог Джон Каас перерезали срединный нерв руки обезьяны, который передает ощущения в середину руки, чтобы увидеть, как будет выглядеть карта срединного нерва, когда через два месяца все входные сигналы будут отключены. [6] При изменении карты руки было обнаружено, что при прикосновении к середине руки в месте расположения срединного нерва не происходило никакой активности. Но когда стороны руки обезьяны были затронуты, активность была обнаружена в месте расположения срединного нерва на карте. Это означало, что кортикальное переназначение произошло в срединном нерве; нервы, которые соотносились с внешней стороной руки обезьяны, переназначили себя, чтобы захватить «корковое пространство», которое теперь стало доступным из-за отключения срединного нерва. [3] [6]

Сенсорная система [ править ]

Переназначение сенсорной системы может потенциально самоорганизовываться из-за пространственно-временной структуры ввода. [2] Это означает, что место и время ввода имеют решающее значение для переназначения сенсорной системы. Исследование Грегга Реканцона демонстрирует это, выясняя, может ли обезьяна различать стимул высокочастотных и низкочастотных вибраций, подаваемый на кончик ее пальца в фиксированном месте. Со временем обезьяна научилась определять различия в частоте вибрации. Когда палец был нанесен на карту, карта оказалась деградированной и неочищенной. Поскольку стимулы были сделаны в фиксированном месте, все было возбуждено и, следовательно, выбрано, что привело к грубой карте. Эксперимент был проведен снова, за исключением того, что расположение высоких и низких вибраций варьировалось в разных частях кончика пальца обезьяны. Как и прежде, обезьяна со временем улучшилась. Когда обезьяна 'После переназначения пальца было обнаружено, что грубая карта, сделанная ранее, была заменена элегантной картой кончика пальца, показывающей все разные места стимуляции на разных участках кончика пальца.[7] Это исследование показало, что в течение определенного периода времени карта может быть создана из локализованного стимула, а затем изменена стимулом с переменной местоположением.

Доли головного мозга

Двигательная система [ править ]

Переназначение двигательной системы, по сравнению с переназначением сенсорной системы, получает более ограниченную обратную связь, которую трудно интерпретировать. [2] Глядя на карты моторной системы, вы обнаруживаете, что последний путь движения, который происходит в моторной коре, на самом деле не активирует мышцы напрямую, а вызывает снижение активности моторных нейронов. Это означает, что существует вероятность того, что переназначение в моторной коре может происходить из-за изменений в стволе мозга и спинном мозге, местах, с которыми сложно экспериментировать из-за затрудненного доступа. [2]

Исследование, проведенное Анке Карл, помогает продемонстрировать, почему двигательная система может зависеть от сенсорной системы в отношении кортикального переназначения. Исследование обнаружило сильную связь между моторным и соматосенсорным изменением коркового слоя после ампутации и фантомной болью в конечностях. В исследовании предполагается, что реорганизация соматосенсорной коры может повлиять на пластичность моторной системы, поскольку стимуляция соматосенсорной коры вызывает долгосрочное потенцирование в моторной коре. Исследование пришло к выводу, что реорганизация моторной коры может быть только вспомогательной по отношению к кортикальным изменениям соматосенсорной коры. [8] Это помогает понять, почему обратная связь с двигательной системой ограничена и ее трудно определить для кортикального переназначения.

Заявление [ править ]

Кортикальное переназначение помогает людям восстановить функции после травмы.

Призрачные конечности [ править ]

Призрачные конечности - это ощущения, которые испытывают люди с ампутированными конечностями, при которых возникает ощущение, что их ампутированная конечность все еще на месте. [9] Иногда инвалиды могут испытывать боль от фантомных конечностей; это называется фантомной болью в конечностях (PLP) .

Считается, что фантомная боль в конечностях вызвана функциональной реорганизацией коры головного мозга, иногда называемой дезадаптивной пластичностью , первичной сенсомоторной коры. Регулировка этой корковой реорганизации может помочь облегчить PLP. [10] Одно исследование научило людей с ампутированными конечностями в течение двухнедельного периода определять различные модели электрических раздражителей, применяемых к их культе, чтобы помочь уменьшить их PLP. Было обнаружено, что тренировка снижает PLP у пациентов и обращает вспять корковую реорганизацию, которая произошла ранее. [10]

Тем не менее, недавнее исследование Тамар Р. Макин предполагает, что PLP, вызванный неадаптивной пластичностью, на самом деле может быть вызван болью. [11] Гипотеза дезадаптивной пластичности предполагает, что как только афферентный ввод теряется в результате ампутации, области коры, граничащие с той же областью ампутации, начнут вторгаться и захватить эту область, влияя на первичную сенсомоторную кору и, по-видимому, вызывая PLP. Макин теперь утверждает, что хронический PLP может фактически «запускаться» «восходящими ноцицептивными входами или нисходящими входами из связанных с болью областей мозга» и что кортикальные карты ампутации остаются нетронутыми, в то время как «межрегиональная связь» остается неизменной. искаженный. [11]

Инсульт [ править ]

Механизмы восстановления после инсульта отражают механизмы, связанные с пластичностью мозга. Тим Х. Мерфи описывает это так: «Механизмы восстановления после инсульта основаны на структурных и функциональных изменениях в цепях мозга, которые имеют тесную функциональную связь с цепями, затронутыми инсультом». [12]

Нейропластичность после инсульта обеспечивается новыми структурными и функциональными цепями, которые формируются в результате переназначения коры. Инсульт возникает, когда в мозг не поступает достаточная кровь, что приводит к изнурительным неврологическим нарушениям. Ткань, окружающая инфаркт (область, поврежденная ударом), имеет уменьшенный кровоток и называется полутенью . Хотя дендриты в полутени были повреждены из-за инсульта, они могут восстановиться во время восстановления кровотока (реперфузии), если сделать это в течение нескольких часов или нескольких дней после инсульта из-за временной чувствительности. Благодаря реперфузии в периинфарктной коре (находящейся рядом с инфарктом) нейроны могут помочь в активном структурном и функциональном ремоделировании после инсульта. [12]

Начальные стадии коркового развития

Кортикальное переназначение зависит от активности и соперничает. Восстанавливающиеся периинфарктные области с плохими цепями конкурируют со здоровой тканью за пространство кортикальной карты. В естественных условияхИсследование Мерфи было проведено с использованием мышей, чтобы помочь идентифицировать последовательность и кинетику переназначения кортикального слоя периинфарктной области после инсульта. Исследование показало, что через восемь недель после инсульта в сенсорной коре передних конечностей мыши «выжившая» часть смогла быстро передать усиленные сенсорные сигналы моторной коре, что привело к изменению сенсорной функции. Мыши, перенесшие инсульт, переназначили ответы, которые длились дольше и распространялись дальше от моторной коры, чем у контрольной. Это означает, что восстановление сенсомоторных функций после инсульта и ремоделирования коры предполагает изменения во временном и пространственном распространении сенсорной информации. [12]

Модель восстановления после инсульта, предложенная Мерфи, предполагает использование гомеостатических механизмов (нейроны получают надлежащее количество синаптических сигналов) в начале восстановления после инсульта. Это перезапустит активность в пораженных инсультом областях за счет структурных и функциональных изменений схемы. Зависимая от активности синаптическая пластичность может затем укрепить и усовершенствовать цепи, когда часть сенсорных и моторных цепей будет сохранена. Области мозга с частичной функцией могут восстановить свои цепи в течение нескольких дней или недель за счет переназначения. [12]

Кортикальное изменение карты после инсульта сопоставимо с первоначальным развитием мозга. Например, переназначение, которое происходит при восстановлении моторики после инсульта, похоже на то, как ребенок учится умелым моделям движений. Хотя это очень важная информация о разработке планов восстановления для пациентов с инсультом, важно помнить, что схема пациента, перенесшего инсульт, сильно отличается от схемы развивающегося мозга и может быть менее восприимчивой. [12]

См. Также [ править ]

  • Майкл М. Мерзенич

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Sterr, A .; Мюллер ММ; Эльберт Т .; Rockstroh B .; Пантев С .; Тауб Э. (1 июня 1998 г.). «Перцептивные корреляты изменений кортикального представления пальцев у слепых многоязычных читателей Брайля» . Журнал неврологии . 18 (11): 4417–4423. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.18-11-04417.1998 .
  2. ^ a b c d Виттенбург, GF (февраль 2010 г.). «Опыт, корковое переназначение и выздоровление при заболеваниях головного мозга» . Нейробиология болезней . 37 (2): 252–258. DOI : 10.1016 / j.nbd.2009.09.007 . PMC 2818208 . PMID 19770044 .  
  3. ^ a b c d e Дойдж, доктор медицины, Норман (2007). Мозг, который меняет себя . Группа пингвинов. С. 45–92.
  4. ^ RL, Пол; Х. Гудман; М. М. Мерцених (1972). «Изменения в вводе механорецепторов в области 1 и 3 Бродмана постцентральной области руки Macaca-mulatta после перерезки и регенерации нерва». Исследование мозга . 39 (1): 1–19. DOI : 10.1016 / 0006-8993 (72) 90782-2 .
  5. ^ RL, Пол; Х. Гудман; М. М. Мерцених (1972). «Представление медленно и быстро адаптирующихся кожных механорецепторов руки в областях 3 и 1 Бродмана Macaca-mulatta». Исследование мозга . 36 (2): 229–49. DOI : 10.1016 / 0006-8993 (72) 90732-9 . PMID 4621596 . 
  6. ^ а б Мерцених, ММ; Каас, JH; Wall, J .; Нельсон, Р.Дж.; Sur, M .; Феллеман, Д. (январь 1983 г.). «Топографическая реорганизация соматосенсорных областей коры 3b и 1 у взрослых обезьян после ограниченной деафферентации». Неврология . 8 (1): 33–55. CiteSeerX 10.1.1.520.9299 . DOI : 10.1016 / 0306-4522 (83) 90024-6 . PMID 6835522 .  
  7. ^ Recanzone, GH; М.М. Мерцених; WM Jenkins; К.А. Грайски; HR Динсе (май 1992 г.). «Топографическая реорганизация представления руки в области коры головного мозга 3b совы обезьяны, обученной задаче частотной дискриминации». Журнал нейрофизиологии . 67 (5): 1031–1056. DOI : 10,1152 / jn.1992.67.5.1031 . PMID 1597696 . 
  8. ^ Карл, Анке; Нильс Бирбаумер; Вернер Люценбергер; Леонардо Г. Коэн; Герта Флор (май 2001 г.). «Реорганизация моторной и соматосенсорной коры при ампутации верхних конечностей и фантомной боли в конечностях» . Журнал неврологии . 21 (10): 3609–3618. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.21-10-03609.2001 . PMC 6762494 . PMID 11331390 .  
  9. ^ Рамачандран, VS; Уильям Хирштейн (март 1998 г.). «Восприятие фантомных конечностей. Лекция Д.О. Хебба» . Мозг . 121 (9): 1603–1630. DOI : 10,1093 / мозг / 121.9.1603 . PMID 9762952 . 
  10. ^ a b Дитрих, Кэролайн; Катрин Уолтер-Уолш; Сандра Прейсслер; Гюнтер О. Хофманн; Отто В. Витте; Вольфганг Х. Р. Мильтнер; Томас Вайс (январь 2012 г.). «Протез с сенсорной обратной связью уменьшает фантомную боль в конечностях: доказательство принципа». Письма неврологии . 507 (2): 97–100. DOI : 10.1016 / j.neulet.2011.10.068 . PMID 22085692 . 
  11. ^ а б Флор, Герта; Мартин Диерс; Джамила Андох (июль 2013 г.). «Нейронная основа фантомной боли в конечностях». Тенденции в когнитивных науках . 17 (7): 307–308. DOI : 10.1016 / j.tics.2013.04.007 . PMID 23608362 . 
  12. ^ а б в г д Мерфи, TH; Д. Корбетт (декабрь 2009 г.). «Пластичность при восстановлении после инсульта: от синапса к поведению». Обзоры природы Неврология . 10 (12): 861–872. DOI : 10.1038 / nrn2735 . PMID 19888284 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дойдж, доктор медицины, Норман (2007). Мозг, который меняет себя . Группа пингвинов . С. 45–92.