Ученые открыли асимметричность связей левого и правого гиппокампов с другими областями головного мозга

Применив новые нейрокогнитивные и математические подходы, коллектив российских ученых при участии НИЯУ МИФИ впервые описал взаимодействия между гиппокампом и другими важнейшими областями головного мозга человека. Результаты работы были опубликованы в журнале Frontiers in Human Neuroscience.

Ученые исследовали гиппокамп – парную структуру в медиальных височных отделах полушарий головного мозга, связанную с процессами запоминания и ориентации в пространстве.

Суть работы заключалась в изучении причинно-следственных (или, как их иначе называют, эффективных) связей левого и правого гиппокампов человека с основными структурами сети пассивного режима работы мозга («дефолтной нейросети»), обеспечивающей работу мозга в состоянии бодрствующего покоя — базовом состоянии сознания человека. Дефолтная нейросеть 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.

В исследовании приняло участие 30 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 работы 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 (PCC), для работы гиппокампов и взимоотношений внутри дефолтной нейросети.

Изучение эффективных (причинно-следственных) связей обоих гиппокампов человека с другими важнейшими структурами мозга проводилось впервые. «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 Борис Величковский.

«При участии ученых МИФИ был проведен анализ эффективных связей, который позволяет определять архитектуры нейронных сетей, – отметил старший научный сотрудник кафедры кибернетики ИИКС НИЯУ МИФИ, ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» Вадим Ушаков.

Он отметил, что 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.

По словам Вадима Ушакова, проведенное исследование позволяет более целостно понимать работу нейросетей головного мозга для обеспечения базового уровня сознания, в лечебной практике это служит хорошим подспорьем для точной диагностики функциональности работы головного мозга.

В исследовании приняли участие ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт», НИЯУ МИФИ, НИУ «Высшая школа экономики», Российского государственного гуманитарного университета, а также Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Исследование поддержано Российским научным фондом.

По материалам Индикатор. Ру

Фото с www.innoros.ru