Расшифровка того, как мозг обрабатывает зрение и слух, может иметь значение для нашего понимания и лечения таких состояний, как дислексия, аутизм и шизофрения.
Во время своих постдокторских исследований нейробиолог Катарина фон Кригштейн проводила эксперименты, чтобы увидеть, как слух и распознавание голоса активируют слуховые области мозга, когда она получила удивительный результат. В отличие от ее участников, только ее сканирование показало активность в визуальных областях мозга. «Ни у одного другого субъекта не было такой странной активности», – вспоминала она.
Теперь она знает почему. Отчасти потому, что она визуально узнавала своих подопечных. Но ее исследование с тех пор выявило кое-что еще: «Когда у нас есть краткое общение с человеком, например, в течение двух минут, мы также используем визуальные области, чтобы помочь слуховой обработке, чтобы помочь распознать человека по голосу.”
Сегодня фон Кригштейн – профессор когнитивной и клинической нейробиологии в Техническом университете Дрездена, Германия, который исследует мультисенсорные ощущения – зрение и слух. В рамках проекта под названием SENSOCOM она изучает, как сенсорное восприятие влияет на общение, уделяя особое внимание глубоким подкорковым структурам мозга.
Делая это, она и ее команда исследуют часть мозга, традиционно исключаемую исследованиями, пытаясь понять нарушения коммуникации, обнаруживаемые при расстройстве аутистического спектра и дислексии, состояниях, от которых страдают около 53 миллионов человек в Европе.
«Суть в том, что мы смотрим на очень ранние структуры, сенсорные пути, в то время как большинство исследователей изучали когнитивные функции (в коре головного мозга)», – сказала она. “Итак, при аутизме, даже в большей степени, чем при дислексии, практически вся работа выполняется или уже была проделана в коре головного мозга (и структурах, связанных с эмоциями).”
Коммуникация
Проф. Фон Кригштейн считает, что изучение менее изученных механизмов нейронной обработки может объяснить некоторые важные коммуникативные проблемы при дислексии и аутизме, которые ранее приписывались в основном дисфункции корковых областей.
«Мы думали, что на самом деле наши глаза и уши доставляют сенсорные сигналы в кору головного мозга, а подкорковые структуры служат только для передачи этой информации, а кора головного мозга выполняет все очень интересные вещи», – сказала она. «Но теперь мы знаем, что существует множество обратных связей и так далее, поэтому имеет смысл взглянуть на эти структуры, которые долгое время считались очень неинтересными.”
Эти структуры также было трудно изучить с использованием неинвазивных методов, доступных на сегодняшний день, поскольку они имеют небольшой размер и расположены глубоко в головном мозге. До сих пор исследования подкорковых структур и дислексии в основном были сосредоточены на моделях животных и патологоанатомических исследованиях. Но проф. Фон Кригштейн и ее команда преодолевают эти проблемы у людей, используя недавно разработанные методы нейровизуализации сверхвысокого разрешения.
Ее команда изучает, способствуют ли трудности сенсорной обработки при высокофункциональном аутизме нарушениям социальной коммуникации, таким как распознавание речевых эмоций и слуха у других, а также при дислексии, неспособности к обучению, характеризующейся трудностями в беглом чтении.
Для этого они сосредоточили внимание на сенсорных путях, связанных с этими глубокими структурами. Она и ее группа обнаружили, что взрослые с дислексией имеют более слабые проводящие связи между зрительной подкорковой структурой (левый зрительный таламус) с областью коры под названием V5 / MT, которая имеет решающее значение для восприятия зрительного движения. В слуховом режиме была аналогичная находка. Команда обнаружила более слабые связи между левым слуховым таламусом и структурой коры, связанной со слуховым движением, которое важно для восприятия речи. Следовательно, эти связи могут быть важны для чтения и для прогнозирования навыков чтения, по словам доктора. фон Кригштейн.
Трудности с быстрым называнием – основной симптом дислексии. И команда обнаружила, что чем слабее связь, тем больше времени нужно, чтобы вслух называть буквы и цифры.
Механизмы
Итак, как это может помочь людям с дислексией?? «Это фундаментальная наука», – говорит проф. фон Кригштейн, поэтому сначала важно понять механизмы, лежащие в основе коммуникативных расстройств, прежде чем разрабатывать инструменты для терапевтического обучения, хотя она оптимистично настроена, что они могут быть в пределах досягаемости.
Ее лаборатория также изучает нейростимуляцию, в частности неинвазивную технику, называемую транскраниальной магнитной стимуляцией, чтобы лучше понять, как работает общение. Этот метод заключается в размещении катушки на коже черепа для генерации магнитных импульсов, которые временно изменяют нейронную активность мозга. Измеряя влияние стимуляции на общение, исследователи стремятся понять, какие области мозга важны для конкретного процесса. «Конечно, если это сработает, можно будет лучше ориентироваться в этих областях», – сказала она.
Фактически, исследователи из Израиля в 2015 году сообщили, что нейростимуляция «привела к значительному улучшению способности дислектиков быстро называть числа и тенденции к улучшению для букв.”
Лучшее понимание того, как мозг обрабатывает сенсорные ощущения, также может иметь последствия для другого состояния – шизофрении.
Всякий раз, когда мы используем наши чувства, например, чувствуя запах кофе или слыша пыхтение поезда, электрическая активность генерируется в нейронных сетях.
То, как мозг кодирует информацию и, в свою очередь, направляет восприятие этого сенсорного опыта, – это очень изменчивый процесс.
Томмазо Феллин, главный исследователь в Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) в Генуе, Италия, возглавляет проект под названием NEURO-PATTERNS, целью которого является лучшее понимание того, как работает кодирование мозга во время сенсорного восприятия, и наиболее важные паттерны деятельности. Он также может выявить аномалии, связанные с болезнью.
«Понимание этого основного свойства мозга млекопитающих может пролить свет на заболевания головного мозга», – сказал д-р. Феллин, особенно для тех состояний, которые характеризуются изменениями в сенсорном восприятии.”
Шизофрения
Таким образом, это исследование актуально для изучения таких состояний, как шизофрения с дефицитом слуховой и сенсорной обработки.
Сенсорная перегрузка или искаженное и повышенное восприятие, описываемое, например, пациентами с шизофренией, может быть связано с этим дефицитом. Сенсорная дисфункция также связана с бредом и галлюцинациями, а также с трудностями с вниманием и чтением эмоций или тона других – все это может повлиять на социальное взаимодействие.
По словам доктора. Феллин, снижение связи между нервными клетками (нейронами), по-видимому, играет важную роль в прогрессировании шизофрении.
Пока д-р. Феллин и его группа определили, какие конкретные нейроны влияют на сенсорные реакции в исследованиях на мышах, но еще не в моделях шизофрении на животных, с аналогичными исследованиями на глиальных клетках – поддерживающих клетках нервной системы.
Теперь они разрабатывают новые технологии для стимуляции и мониторинга активности нейронов даже при разрешении отдельных клеток и в глубоких областях мозга.
Эта работа отражает более широкий недавний обновленный акцент в исследованиях шизофрении на дефицит сенсорных процессов, а не акцент на когнитивные процессы более высокого порядка, такие как память.
И в будущем это может помочь исследователям разработать более совершенные диагностические инструменты и варианты лечения.