Кортикальная карта

Кортикальные карты — это наборы (области) миниколонок в головного мозга коре , которые были идентифицированы как выполняющие определенную функцию обработки информации ( текстурные карты , цветовые карты, контурные карты и т. д.).

Кортикальные карты

Кортикальную организацию, особенно сенсорных систем , часто описывают с помощью карт. Например, сенсорная информация от стопы проецируется на один участок коры, а проекция от руки — на другой участок. В результате такой соматотопической организации сенсорных входов в кору корковое представление тела напоминает карту (или гомункула ).

В конце 1970-х и начале 1980-х годов несколько групп начали изучать последствия удаления части сенсорной информации . Майкл Мерцених , Джон Каас и Дуг Расмуссон использовали кортикальную карту в качестве зависимой переменной . Они обнаружили – и с тех пор это было подтверждено множеством лабораторий – что, если корковая карта лишена входных данных, она активируется позже в ответ на другие, обычно соседние входные сигналы. По крайней мере, в соматической сенсорной системе, в которой этот феномен наиболее тщательно исследован, Дж. Т. Уолл и Дж. Сюй проследили механизмы, лежащие в основе этой пластичности. Реорганизация не возникает корково , а происходит на каждом уровне иерархии обработки; это вызывает изменения карты, наблюдаемые в коре головного мозга.

Мерцених и Уильям Дженкинс (1990) инициировали исследования, связывающие сенсорный опыт без патологических нарушений с кортикально наблюдаемой пластичностью приматов соматосенсорной системы , обнаружив, что сенсорные участки, активированные в сопровождаемом оперантном поведении, увеличивают свои корковые репрезентации . Вскоре после этого Форд Эбнер и его коллеги (1994) предприняли аналогичные попытки в грызунов мозга усов коре головного (также соматической сенсорной системе). Эти две группы в значительной степени разошлись с годами. Усилия по исследованию ствола с усами грызунов стали предметом внимания Эбнера, Мэтью Даймонда, Майкла Армстронга-Джеймса, Роберта Сачдева, Кевина Фокса, и были сделаны большие успехи в идентификации локуса изменений в корковых синапсах , экспрессирующих рецепторы NMDA , а также в выявлении холинергических входов как необходимо для нормального выражения. Однако исследования на грызунах были недостаточно сфокусированы на поведенческой стороне, и Рон Фростиг и Дэниел Полли (1999, 2004) определили, что поведенческие манипуляции оказывают существенное влияние на пластичность коры этой системы.

Мерцених и Д.Т. Блейк (2002, 2005, 2006) продолжили использовать кортикальные имплантаты для изучения эволюции пластичности как соматосенсорной , так и слуховой систем . Обе системы демонстрируют схожие изменения в поведении . Когда стимул когнитивно связан с подкреплением , его корковое представительство усиливается и расширяется. В некоторых случаях корковые представительства могут увеличиваться в два-три раза за 1–2 дня в то время, когда впервые приобретается новое сенсомоторное поведение, и изменения в основном завершаются в течение максимум нескольких недель. Контрольные исследования показывают, что эти изменения вызваны не только сенсорным опытом: они требуют изучения сенсорного опыта, наиболее сильны для стимулов, связанных с вознаграждением, и происходят с одинаковой легкостью при оперантном и классическом обуславливающем поведении.

Интересным феноменом, связанным с корковыми картами, является частота появления фантомных конечностей (обзор см. в Рамачандране ). Чаще всего это описывается у людей, перенесших ампутации кистей, рук и ног, но не ограничивается конечностями. Ощущение фантомных конечностей, о котором думают в результате дезорганизации карты мозга и неспособности получать информацию из целевой области, может быть раздражающим или болезненным . Кстати, это чаще случается после непредвиденных потерь, чем плановых ампутаций. Существует высокая корреляция со степенью физического переназначения и степенью фантомной боли. По мере того, как он исчезает, он становится захватывающим функциональным примером новых нейронных связей в мозгу взрослого человека.

Норман Дойдж, следуя примеру Майкла Мерцениха, разделяет проявления нейропластичности на адаптации, имеющие положительные или отрицательные поведенческие последствия. Например, если организм может восстановиться после инсульта до нормального уровня работоспособности, такую ​​адаптивность можно считать примером «положительной пластичности». Чрезмерный уровень роста нейронов, приводящий к спастичности или тоническому параличу , или чрезмерное высвобождение нейротрансмиттеров в ответ на травму, которая может привести к гибели нервных клеток; это следует считать «отрицательной» пластичностью. Кроме того, доктор Дойдж считает наркозависимость и обсессивно-компульсивное расстройство примерами «негативной пластичности», поскольку синаптическая перестройка, приводящая к такому поведению, также является крайне дезадаптивной.

Исследование 2005 года показало, что эффекты нейропластичности происходят даже быстрее, чем ожидалось ранее. Мозг студентов-медиков был сфотографирован в тот период, когда они готовились к экзаменам. За считанные месяцы серое вещество студентов значительно увеличилось в задней и латеральной теменной коре.

См. также

• Корковое переназначение