Среда, 21 февраля, 2024
ДомойЗдоровьеХирургия эпилепсии раскрывает секретные пути мозга: роль нейронных узлов

Хирургия эпилепсии раскрывает секретные пути мозга: роль нейронных узлов

- Advertisement -

Исследования, проведенные командой Университета Айовы на пациентах с эпилепсией, показали, что мозговые центры имеют решающее значение для нормальной обработки мозгом, особенно речи. Мозг продемонстрировал быструю адаптивную реакцию после удаления узла, связанного с языком, что подчеркнуло важность этих узлов и бросило вызов предыдущим теориям. Фото: SciTechDaily.com

Редкий эксперимент во время операции на головном мозге помогает исследователям лучше понять нейронные сети.

А Университет АйовыМеждународная группа нейробиологов под руководством международной группы получила первые прямые записи человеческого мозга за несколько минут до и после того, как мозговой центр, имеющий решающее значение для языкового значения, был хирургически отключен. Результаты показывают важность мозговых концентраторов в нейронных сетях и удивительный способ, которым человеческий мозг пытается компенсировать потерю концентратора с не наблюдавшейся ранее оперативностью.

Что происходит, когда мозг теряет важный узел? Каково непосредственное воздействие на нейронную сеть и как оно компенсируется?

Хабы есть везде. Ступица велосипедного колеса со спицами, выступающими из центра, предохраняет колесо от разрушения во время езды на велосипеде. Узлы аэропортов соединяют города по всему миру. А социальные центры, такие как кафе или социальные сети, — это места, где люди собираются для общения.

В человеческом мозге тоже есть центры — пересечение множества нейронных путей, которые помогают координировать активность мозга, необходимую для таких сложных функций, как понимание речи и реагирование на нее. Однако вопрос о том, незаменимы ли сильно взаимосвязанные центры мозга для определенных функций мозга, остается спорным. По некоторым данным, мозг, как и без того сильно взаимосвязанная нейронная сеть, в принципе может немедленно компенсировать потерю хаба, точно так же, как трафик можно перенаправить вокруг заблокированного центра города.

Предоставлено: Университет здравоохранения Айовы.

Прорыв в исследованиях Brain Hub

Имея редкую экспериментальную возможность, нейрохирургические и исследовательские группы UI под руководством Мэтью Ховарда III, доктора медицинских наук, профессора и руководителя нейрохирургии, и Кристофера Петкова, доктора философии, профессора и заместителя председателя по исследованиям в области нейрохирургии, достигли прорыва в понимании необходимости один концентратор.

Получив доказательства того, что происходит, когда центр, необходимый для языкового значения, теряется, исследователи показали как внутреннюю важность узла, так и замечательную и быструю способность мозга адаптироваться и, по крайней мере частично, попытаться немедленно компенсировать его потерю. . Результаты были недавно опубликованы в журнале Природные коммуникации.

Инновационное нейрохирургическое исследование

Исследование проведено во время хирургического лечения двух больных эпилепсией. Оба пациента подвергались процедурам, которые требовали хирургического удаления передней височной доли (мозгового центра, отвечающего за значение языка), чтобы дать нейрохирургам доступ к более глубоким участкам мозга, вызывающим изнурительные эпилептические припадки пациентов. Перед этим типом операции бригады нейрохирургов часто просят пациентов выполнить речевые и языковые задания в операционной, поскольку команда использует имплантированные электроды для регистрации активности частей мозга, близких к зоне запланированной операции и удаленных от нее. Эти записи помогают клинической команде эффективно лечить судороги, ограничивая при этом влияние операции на речь и языковые способности пациента.

Обычно записывающие электроды не нужны после хирургической резекции и удаляются. Новшеством в этом исследовании было то, что команда нейрохирургов смогла безопасно завершить процедуру, оставив записывающие электроды на месте или заменив их на то же место после процедуры. Это позволило получить редкие до- и послеоперационные записи, позволяющие исследователям оценивать сигналы из областей мозга, удаленных от центра, включая речевые и языковые области, удаленные от места операции. Анализ изменения ответов на звуки речи до и после потери хаба выявил быстрое нарушение передачи сигналов и последующую частичную компенсацию более широкой сети мозга.

Неожиданные открытия и теоретические выводы

«Быстрое воздействие на области обработки речи и языка, удаленные от места хирургического лечения, было удивительным, но еще более удивительным было то, как мозг работал, чтобы компенсировать, хотя и не полностью, в течение этого короткого периода времени», — говорит Петков, который также проходит прием в Медицинской школе Университета Ньюкасла в Великобритании.

Полученные данные опровергают теории, оспаривающие необходимость наличия определенных мозговых центров, показывая, что эти центры важны для поддержания нормальной обработки мозгом речи.

«Нейрохирургическое лечение и новые технологии продолжают улучшать возможности лечения, предоставляемые пациентам», — говорит Ховард, который также является членом Института нейробиологии Айовы. «Подобные исследования подчеркивают важность безопасного получения и сравнения электрических записей до и после операции, особенно когда может быть затронут центр мозга».

Поддержка нейробиологических теорий

По мнению исследователей, наблюдение за природой немедленного воздействия на нейронную сеть и ее быструю попытку компенсации является свидетельством в поддержку теории мозга, предложенной профессором Карлом Фристоном из Университетского колледжа Лондона, которая утверждает, что любая самоорганизующаяся система в состоянии равновесия стремится к упорядоченности, минимизируя свою свободную энергию, что является сопротивлением универсальной тенденции к беспорядку. Эти нейробиологические результаты после отключения узла головного мозга человека согласуются с несколькими предсказаниями этой и связанных с ней нейробиологических теорий, показывая, как мозг работает, пытаясь восстановить порядок после потери одного из своих узлов.

Ссылка: «Немедленное нейронное воздействие и неполная компенсация после отключения семантического концентратора», Жужанна Кочис, Рик Л. Дженисон, Питер Н. Тейлор, Райан М. Калмус, Боб МакМюррей, Ариана Э. Рон, МакКолл Э. Сарретт, Каролина Дейфелт Стриз, Юкико Кикучи, Филип Э. Гандер, Джоэл И. Бергер, Кристофер К. Ковач, Иньонг Чой, Джереми Д. Гринли, Хирото Кавасаки, Томас Э. Коуп, Тимоти Д. Гриффитс, Мэтью А. Ховард III и Кристофер И. Петков, 7 октября 2023 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-42088-7

Помимо Петкова и Ховарда, в исследовательскую группу вошли исследователи из кафедр нейрохирургии, радиологии, психологии и наук о мозге UI, а также коллеги из Университета Ньюкасла, UCL и Кембриджского университета в Великобритании, а также из Университета Карнеги-Меллон. , Университет Висконсина-Мэдисона и Университет Гонзаги в США.

Исследование частично финансировалось за счет грантов Национальные институты здоровья, Wellcome Trust. и Европейский исследовательский совет.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме