Может ли кора мозга менять свои функции?
У слепых людей с самого раннего возраста зрительная кора начинает реагировать на звуки речи.
Мы знаем, что кора мозга разделена на участки, выполняющие те или иные специфические функции. Например, для анализа слуховой информации существует одна область, называемая слуховой корой, для вычленения и анализа именно звуков языка – другая, для осязательных ощущений есть соматосенсорная кора, а для переработки визуальных сигналов – зрительная. Насколько жёсткой оказывается такая специализация?
Известно, что существует масса разновидностей мозговых нейронов, которых можно отличить как по внешнему клеточному строению и молекулярным характеристикам, так и по особенностям работы. Можно было бы предположить, что предназначение нервной клетки определено с момента её рождения, и что конкретный нейрон строго настроен на одну функцию и ничего другого делать не может. Соответственно, из множества таких специализированных нейронов складывается специализированная область коры.
Однако есть данные, которые говорят о том, что кора может выполнять не свойственные ей функции. Например, в 1996 году эксперименты со слепыми показали, что их зрительные области включаются при чтении шрифта Брайля, где, казалось бы, должны работать только осязательные анализаторы. А в 2011 году Марина Бидни (Marina Bedny) и её коллеги из Массачусетского технологического института обнаружили, что у невидящих людей первичная зрительная кора, которая по идее не должна реагировать ни на что, кроме визуальных стимулов, отвечает ещё и на слышимую речь. Тогда же предположили, что реакция на речь возникла через освоение шрифта Брайля: «ощупанное» слово превращалось в звучащее, и зрительный анализатор участвовал и там, и там.
Однако дальнейшие эксперименты показали несколько иные результаты. Оказалось, что у невидящих 4-летних детей, которые ещё не учили азбуку Брайля, зрительная кора уже реагировала на речевые сигналы. В исследованиях участвовали несколько детей и подростков от 4 до 17 лет, и у всех у них зрительный корковый анализатор активировался в ответ на устную речь примерно в равной степени. В статье в The Journal of Neuroscience авторы делают вывод, что зрительная кора приспосабливается к новой функции в очень раннем возрасте, когда пластичность мозга ещё позволяет это сделать, причём происходит это только у людей, слепых от рождения.
Здесь возникает вопрос, какие ещё чужие сигналы может принимать зрительная кора. Некоторые нейробиологи полагают, что первичный зрительный анализатор в мозге обладает изначальной мультисенсорностью, что подтверждается обнаруженными связями между ним и слуховой корой; и что множественная функциональность существует и взрослых здоровых людей тоже. Однако, даже учитывая известную пластичность «взрослого» мозга, для настройки подобной многофункциональности, скорее всего, существуют особые «окна» в индивидуальном развитии – например, первые годы жизни, когда пластичность нейронных структур особенно высока.
С другой стороны, одно дело – принимать посторонние сигналы, и другое дело – что-то с ними делать. Анализирует ли зрительная кора услышанную речь, улучшает ли её активность понимание сказанного – или, наоборот, ухудшает? Что будет, если зрительный анализатор отключить от всего постороннего? Пока на такие вопросы не будут получены ответы, говорить о переключении функций у специализированных участков коры следует с осторожностью.
Добавим, что это не единственные данные, которые указывают на то, что мозг в зависимости от текущей задачи может перераспределять активность нейронных сетей, не слишком не считаясь с тем, для чего они предназначены. Так два года назад в журнале Nature Neuroscience появилась статья, в которой нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли описывали, как изменяется работа разных участков коры при выполнении сложной когнитивной задачи. Участник эксперимента смотрел видео, в котором нужно было отыскать конкретного человека или конкретный автомобиль; когда кто-то замечал нужный объект, он нажимал кнопку; одновременно за его мозгом следили с помощью фМРТ. Особенность работы состояла в том, чтобы наблюдать сразу за 50 тысячами участков мозга, которые по-разному реагировали на 935 объектов и действий в видеоклипах.
В мозге есть зоны, предназначенные для распознавания разных объектов: растений, животных, людей, зданий и т. д. Но если появлялась задача найти человека, все будто бы забывали о своей профильной функции и начинали искать человека, присоединяясь к обычной «человекораспознавательной» нейронной сети. То же самое происходило, если на видео нужно было найти автомобиль. Причём эти изменения касались не только зрительных участков коры: на поиск объекта устремлялись и участки префронтальной коры, отвечающие за абстрактное мышление, долговременное планирование и другие высшие когнитивные функции. Иными словами, функционально кора мозга тут предстала не как жёстко расчерченная карта с чёткими границами между регионами, а как единое и динамическое семантическое поле, в котором одно и то же значение, один и тот же объект может восприниматься разными зонами. Однако здесь всё требуется ещё множество дополнительных экспериментов, чтобы понять, насколько глубоко и при каких условиях реализуется такое перераспределение функций.
1 сентября 2015
Статьи по теме:
