Ученые из Центра технологий естественных наук RIKEN вместе с исследователями из Исследовательского института технологий человека AIST в Японии определили зависящее от времени взаимодействие между двумя областями мозга, которое способствует восстановлению двигательной функции после очагового повреждения мозга, такого как Инсульт. Исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience, показывает, что когда моторные функции переназначаются с помощью реабилитационных тренировок, на начальных этапах задействуются области мозга, относительно удаленные от поражения, а на последних этапах усиливаются функциональные связи с областями, расположенными рядом с поражением.
Исследовательская группа исследовала особый вид нейропластичности, который позволяет восстанавливать двигательную функцию после повреждения головного мозга, уделяя особое внимание изменениям, происходящим в процессе реабилитационной тренировки. Известно, что такая тренировка способствует структурным и функциональным изменениям в мозге, которые улучшают нарушенные двигательные способности, но как это происходит – вопрос, на который нейробиологи все еще пытаются ответить.
Команда изучила процесс реабилитации обезьян, получивших травму области коры головного мозга, контролирующей движения рук. Эта область первичной моторной коры особенно необходима для тонких движений, таких как те, которые необходимы для захвата и манипулирования небольшими предметами с помощью пальцев. Чтобы облегчить восстановление двигательной функции, исследователи научили обезьян быстро и многократно хватать кусочек картофеля через небольшое отверстие большими и указательными пальцами – задача, требующая высокой степени ловкости рук.
Как и ожидалось, команда обнаружила, что выполнение этой задачи по 30 минут в день в течение нескольких недель после травмы привело к значительному улучшению двигательной функции. Чтобы оценить изменения в активности мозга, связанные с выздоровлением, они визуализировали региональную активность мозга с помощью H215O-позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) до травмы, а также на ранних и поздних стадиях выздоровления, пока обезьяны выполняли задачу. Они обнаружили, что активность вентральной премоторной коры головного мозга – области мозга, несколько удаленной от травмы – была выше на ранней стадии восстановления, чем до травмы. Они также провели так называемый анализ психофизиологических взаимодействий (PPI) и обнаружили, что, когда обезьяны выполняли задачу на более поздних стадиях выздоровления, связи между участком поражения и регионами первичной моторной коры, непосредственно окружающими его, становились сильнее.
Чтобы проверить, действительно ли изменения в этих областях были необходимы для восстановления, они временно инактивировали их до травмы и на этапах восстановления. Они обнаружили, что инактивация вентральной премоторной области на той же стороне мозга, что и поражение, ухудшала точность захвата на ранних этапах восстановления – даже когда она ограничивалась областями, которые не были важны для движений рук до травмы. Они также обнаружили, что область вокруг травмы стала посвящена движениям, связанным с точным захватом. На более позднем этапе выздоровления деактивация этой области затрагивала только точные захваты, но не другие типы захватов, которые были нарушены из-за деактивации до поражения.
Объясняя свой интерес к этим новым открытиям, Юми Мурата из AIST отметил, что, "они, вероятно, будут способствовать разработке новых методов реабилитации и лекарств, а также новых способов оценки реабилитационной подготовки." Хиротака Оноэ из RIKEN добавил, что "новые методы реабилитации помогут снизить нагрузку, которую эти типы инсульта несут на пациентов и их семьи."