Войти
Кортикальное переназначение, также называемое кортикальная реорганизация, представляет собой процесс, посредством которого существующий корковая карта подвергается воздействию стимула, в результате чего создается «новая» корковая карта. Каждая часть тела связана с соответствующей областью мозга, которая создает кортикальную карту. Когда что-то происходит, нарушая корковые карты, например, ампутация или изменение нейрональных характеристик, карта теряет актуальность. В той части мозга, которая отвечает за ампутированную конечность или нейронные изменения, будут доминировать смежные области коры, которые все еще получают ввод, таким образом создавая переназначенную область. Переназначение может происходить в сенсорной или моторной системе. Механизм для каждой системы может быть совершенно разным. Кортикальное переназначение в соматосенсорной системе происходит, когда произошло снижение сенсорного ввода в мозг из-за ампутации или ампутации, а также увеличения сенсорного ввода в определенную область мозга. Переназначение двигательной системы получает более ограниченную обратную связь, которую трудно интерпретировать.
Изображение кортикальной карты собаки Дэвидом Феррье Уайлдер Пенфилд, нейрохирург, был один из первых, кто нанес на карту корковые карты человеческого мозга. При проведении операций на головном мозге пациентам, находящимся в сознании, 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 определенная область 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.
Благодаря работе Пенфилда, научное сообщество пришло к выводу, что мозг должен быть фиксированным и неизменным, поскольку определенная область мозга соответствует конкретная точка на теле. Однако этот вывод оспорил Майкл Мерзенич, которого многие называют «ведущим мировым исследователем пластичности мозга ».
В 1968 году Мерцених и два нейрохирурга, Рон Пол и Герберт Гудман, провели эксперимент по определению воздействия на мозг большого пучка периферических нервов в руки обезьян-подростков были порезаны и снова начали восстанавливаться. Они знали, что периферическая нервная система может восстанавливаться, 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 микрокарты кортикальной карты руки обезьяны. Периферические нервы были разрезаны и сшиты близко друг к другу, чтобы наблюдать признаки пересечения аксонных «проводов» во время регенерации. Через семь месяцев кортикальная карта рук обезьян была переназначена, и было обнаружено, что карта оказалась в основном нормальной, без «пересечения проводов», как ожидалось. Они пришли к выводу, что если кортикальная карта могла "нормализоваться" при стимуляции нерегулярным входом, что мозг взрослого человека должен быть пластичным.
Этот эксперимент помог вызвать сомнения в научной "истине" о том, что мозг взрослого человека фиксирован и не может продолжать меняться за пределами критического периода, особенно по Мерцениху. Позже в своей карьере Мерцених провел эксперимент, который выявил существование переназначения коры и нейропластичности. Мерцених и его нейробиолог Джон Каас перерезали срединный нерв руки обезьяны, который доставляет ощущение середины руки, чтобы увидеть, как будет выглядеть карта срединного нерва, когда все вводы были отключены через два месяца. При повторном нанесении на карту 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 соответствовали внешней стороне руки обезьяны, переназначили себя, чтобы занять «корковое пространство», которое теперь стало доступным из-за отключения срединного нерва.
Сенсорная переназначение системы может потенциально самоорганизовываться из-за пространственно-временной структуры ввода. Это означает, что место и время ввода имеют решающее значение для переназначения сенсорной системы. Исследование Грегга Реканзона демонстрирует это, выясняя, может ли обезьяна различать стимул высокочастотных и низкочастотных колебаний, подаваемый на кончик ее пальца в определенном 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 местоположение высоких и низких колебаний варьировалось в разных частях кончика пальца обезьяны. Как и прежде, обезьяна со временем улучшилась. Когда обезьяны перенесли на карту палец, было обнаружено, что грубая карта, сделанная ранее, была заменена элегантной картой кончика пальца, показывающей все разные места, где стимуляция имела место в разных местах кончика пальца. Это исследование показало, что в течение определенного периода времени карта может быть создана на основе локализованного стимула, а затем изменена стимулом с переменной местоположением.
Доли головного мозга Переназначение двигательной системы, по сравнению с переназначением сенсорной системы, получает более ограниченную обратную связь, которую трудно интерпретировать. 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 моторной коры может происходить из-за изменений в стволе головного и спинного мозга, местах, в которых сложно проводить эксперименты из-за затрудненного доступа.
Исследование, проведенное Анке Карлом, помогает продемонстрировать, почему двигательная система может зависеть от сенсорной системы в отношении коркового переназначения. Исследование обнаружило сильную связь между моторным и соматосенсорным изменением кортикального слоя после ампутации и фантомной болью в конечностях. В исследовании предполагается, что реорганизация соматосенсорной коры может повлиять на пластичность двигательной системы, поскольку стимуляция соматосенсорной коры вызывает долгосрочную потенциацию в моторной коре. Исследование пришло к выводу, что реорганизация моторной коры может быть только вспомогательной по отношению к кортикальным изменениям соматосенсорной коры. Это помогает понять, почему обратная связь с двигательной системой ограничена и ее трудно определить для переназначения коры.
Кортикальное переназначение помогает людям восстановить функции после травмы.
Фантомные конечности - это ощущения, которые испытывают люди с ампутированной конечностью, которые вызывают ощущение, что их ампутированная конечность все еще на месте. Иногда инвалиды могут испытывать боль от фантомных конечностей; это называется фантомной болью в конечностях (PLP).
Считается, что фантомная боль в конечностях вызвана функциональной кортикальной реорганизацией, иногда называемой, первичной сенсомоторной коры. Регулировка этой корковой реорганизации может помочь облегчить PLP. Одно исследование научило людей с ампутированными конечностями в течение двухнедельного периода определять различные модели электрических стимулов, 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.
Однако недавнее исследование Тамар Р. Макин предполагает, что вместо PLP, вызванного неадаптивной пластичностью, он может на самом деле быть вызванным болью. Гипотеза дезадаптивной пластичности предполагает, что как только афферентный вход теряется в результате ампутации, области коры, граничащие с одной и той же областью ампутации, начнут вторгаться и захватывать эту область, воздействуя на первичную сенсомоторную кору, 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 неизменными, в то время как «межрегиональная взаимосвязь» остается неизменной. искажены.
Механизмы, задействованные в восстановлении 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».
Нейропластичность после инсульта обеспечивается новыми структурными и функциональными цепями, которые формируются путем переназначения коры. Инсульт возникает, когда в мозг не поступает достаточная кровь, что приводит к изнурительным неврологическим нарушениям. Ткань, которая окружает инфаркт (область, поврежденную ударом), имеет уменьшенный кровоток и называется полутенью. Хотя дендриты в полутени были повреждены в результате 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 способствовать активному структурному и функциональному ремоделированию после инсульта.
Начальные стадии кортикального развития Кортикальное переназначение зависит от активности и является конкурентным. Восстанавливающиеся периинфарктные области с плохими цепями конкурируют со здоровой тканью за пространство кортикальной карты. Мерфи провел исследование in vivo с использованием мышей, чтобы помочь определить последовательность и кинетику переназначения кортикального слоя вокруг инфаркта 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 головного мозга предполагает изменения во временном и пространственном распространении сенсорной информации.
Модель восстановления после инсульта, предложенная Мерфи, предполагает начало гомеостатических механизмов (нейроны получают должное количество синаптических сигналов) в начале восстановления после инсульта. Это возобновит деятельность 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 от нескольких дней до недель посредством переназначения.
Кортикальное переназначение после инсульта сопоставимо с первоначальным развитием мозга. Например, переназначение, которое происходит при восстановлении моторики после инсульта, похоже на то, как ребенок учится умелым движениям. Хотя это очень важная информация для разработки планов восстановления для пациентов, перенесших инсульт, важно помнить, что схема пациента, перенесшего инсульт, сильно отличается от схемы развивающегося мозга и может быть менее восприимчивой.
