Кросс-модальная пластичность
Кросс-модальная пластичность — это адаптивная реорганизация нейронов для интеграции функций двух или более сенсорных систем . Кросс-модальная пластичность — это тип нейропластичности , который часто возникает после сенсорной депривации из-за болезни или повреждения головного мозга. Реорганизация нейронной сети наиболее выражена после длительной сенсорной депривации, такой как врожденная слепота или прелингвальная глухота . В этих случаях кросс-модальная пластичность может усилить другие сенсорные системы, чтобы компенсировать недостаток зрения или слуха . Это усиление происходит из-за новых связей, которые образуются в коре головного мозга, которая больше не получает сенсорной информации. [1]
Пластика вслепую
[ редактировать ]Несмотря на то, что слепые больше не видят, зрительная кора все еще активно используется, хотя и обрабатывает информацию, отличную от зрительной. Исследования показали, что объем белого вещества ( миелинизированных нервных соединений) был уменьшен в зрительном тракте , но не в самой первичной зрительной коре. Однако объем серого вещества в первичной зрительной коре уменьшился на 25%. Атрофия , тел нейронов, вероятно , серого вещества обусловлена его связью со зрительным трактом. [2] Поскольку глаза больше не получают визуальную информацию, неиспользование подключенного зрительного тракта приводит к потере объема серого вещества в первичной зрительной коре. Считается, что белое вещество атрофируется таким же образом, хотя первичная зрительная кора поражается меньше.
Например, слепые люди демонстрируют повышенную чувствительность восприятия и внимания к идентификации различных слуховых стимулов, включая звуки речи. Пространственное распознавание звука может быть прервано на раннем этапе слепоты, вызывая виртуальное повреждение зрительной коры с помощью транскраниальной магнитной стимуляции . [3]
также Соматосенсорная кора способна задействовать зрительную кору для обеспечения тактильных ощущений. Кросс-модальная пластичность перестраивает сетевую структуру мозга , приводя к усилению связей между соматосенсорной и зрительной корой. [4] Более того, соматосенсорная кора действует как центральная область нервных связей в мозгу для рано слепых, но не для зрячих. [5] Благодаря этой кросс-модальной сети ранние слепые могут реагировать на тактильные стимулы с большей скоростью и точностью, поскольку у них есть больше нервных путей для работы. Одним из элементов зрительной системы, который способна рекрутировать соматосенсорная кора, является дорсально-зрительный поток . Спинной поток используется зрячими для визуального определения пространственной информации, но ранние слепые используют его во время тактильного ощущения трехмерных объектов. [6] Однако как зрячие, так и слепые участники использовали дорсальный поток для обработки пространственной информации, что позволяет предположить, что кросс-модальная пластичность у слепых перенаправляет дорсальный зрительный поток для работы с осязанием, а не меняет общую функцию потока.
Опыт зависимости
[ редактировать ]Есть данные, что степень перекрестной модальной пластичности между соматосенсорной и зрительной корой зависит от опыта. В исследовании, в котором использовались тактильные языковые устройства для передачи пространственной информации, ранние слепые люди смогли продемонстрировать активацию зрительной коры после 1 недели обучения с использованием устройства. [7] Хотя вначале не было перекрестных модальных связей, ранние слепые смогли развить связи между соматосенсорной и зрительной корой головного мозга, в то время как зрячие люди из контрольной группы не смогли этого сделать. Ранние или врожденно слепые люди имеют более сильные перекрестные модальные связи, чем раньше они начали изучать шрифт Брайля . [8] Более раннее начало позволяет сформировать более прочные связи, поскольку рано слепым детям приходится расти, используя для чтения осязание , а не зрение. Возможно, из-за этих кросс-модальных связей исследования сенсорного тестирования показали, что люди, рожденные слепыми и умеющие читать шрифтом Брайля, воспринимают прикосновение быстрее, чем другие. [9] Кроме того, при слепоте повышается тактильная пространственная острота. [10] [11] и это улучшение зависит от опыта. [12] [13]
Пластичность у глухих
[ редактировать ]Кросс-модальная пластичность также может возникать у людей с предлингвальной глухотой . Исследование функциональной магнитно-резонансной томографии ( фМРТ ) показало, что глухие участники используют первичную слуховую кору , а также зрительную кору, когда они наблюдают за языком жестов . [14] Хотя слуховая кора больше не получает входных данных от ушей , глухие по-прежнему могут использовать определенные области коры для обработки зрительных стимулов. [15] Первичные сенсорные способности, такие как различение яркости, чувствительность к визуальному контрасту, пороги временной дискриминации, временное разрешение и пороги распознавания направлений движения, по-видимому, не изменяются при потере такой модальности, как слух. Однако задачи обработки более высокого уровня могут претерпеть компенсирующие изменения. В случае слуховой депривации некоторые из этих компенсаций, по-видимому, влияют на обработку зрительной периферии и обнаружение движений периферическим зрением. [16]
Глухим людям не хватает слуховой информации , поэтому вместо этого используется слуховая кора, помогающая обрабатывать визуальную и языковую информацию. Слуховая активация у глухих также зависит от внимания. Однако процесс зрительного внимания у глухих существенно не отличается от процесса зрительного внимания у слышащих. [17] Более сильные активации слуховой коры при зрительном наблюдении происходят, когда глухие люди обращают внимание на зрительный сигнал, и слабее, если сигнал не находится в прямой видимости. [18] Одно исследование показало, что глухие участники обрабатывают периферийные зрительные стимулы быстрее, чем слышащие. [19] Глухота, по-видимому, усиливает пространственное внимание к периферийному полю зрения, но не к центральному. [20] Таким образом, мозг, по-видимому, компенсирует потерю слуха в своей зрительной системе за счет увеличения ресурсов внимания периферических полей; однако центральные визуальные ресурсы могут пострадать. [21]
Улучшения, как правило, ограничиваются областями мозга, предназначенными как для слуховых, так и для зрительных стимулов, а не просто переписывают области, предназначенные для звука, в зрительные области. Визуальные улучшения, по-видимому, особенно сосредоточены в тех областях мозга, которые обычно обрабатывают конвергенцию со слуховым сигналом. Это особенно заметно в исследованиях, показывающих изменения в задней теменной коре глухих людей, которая является одновременно одним из основных центров зрительного внимания, а также областью, известной для интеграции информации от различных органов чувств. [22]
Недавние исследования показывают, что в задачах, требующих внимания, таких как отслеживание и перечисление объектов, глухие испытуемые справляются не лучше, чем слышащие. [23] Улучшение обработки зрительной информации по-прежнему наблюдается, даже когда глухой человек не обращает внимания на прямой стимул. [24] Исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что у врожденно глухих субъектов площадь нейроретинального обода значительно больше, чем у слышащих, что позволяет предположить, что глухие субъекты могут иметь большую концентрацию ганглиозных клеток сетчатки . [25]
Язык жестов
[ редактировать ]Глухие люди часто используют язык жестов в качестве способа общения. Однако сам по себе язык жестов, похоже, не оказывает существенного влияния на организацию мозга. Фактически, данные нейровизуализации и электрофизиологии, изучающие функциональные изменения в зрительных путях, а также исследования сенсорной депривации на животных, показали, что усиление внимания к периферической зрительной обработке, наблюдаемое у глухих людей, не наблюдается у слышащих жестов. [26]
Периферические зрительные изменения наблюдаются у всех форм глухоты – жестовщиков, устных коммуникаторов и т. д. [27] С другой стороны, сравнительные фМРТ слышащих говорящих и слышащих, рано слышащих, показывают сопоставимую периферическую активацию. Усиление внимания к периферической зрительной обработке, обнаруженное у глухих, не было обнаружено у слышащих жестов. Поэтому маловероятно, что жесты вызывают неврологические различия в зрительном внимании. [28]
Кохлеарные имплантаты
[ редактировать ]Еще один способ увидеть перекрестную модальную пластичность у глухих – это рассмотреть последствия установки кохлеарных имплантатов . У тех, кто оглох до языкового развития , кросс-модальная пластичность мешала им обрабатывать речь с помощью кохлеарного имплантата. У людей с предлингвальной глухотой форма слуховой коры изменена для обработки зрительной информации, поэтому она не может так же хорошо справляться с новой сенсорной информацией, которую обеспечивает имплантат. Однако для постлингвальной глухоты опыт использования визуальных сигналов, таких как чтение по губам, может помочь им лучше понимать речь вместе с помощью кохлеарного имплантата. Постлингвальная глухота не имеет такого большого задействования слуховой коры, как ранняя глухота, поэтому они лучше работают с кохлеарными имплантатами. [29] Также было обнаружено, что зрительная кора активировалась только тогда, когда полученные звуки имели потенциальное значение. Например, зрительная кора активировалась для слов, но не для гласных. [30] Эта активация является еще одним свидетельством того, что кросс-модальная пластичность зависит от внимания.
Пластичность после обонятельного дефицита или обрезки усов
[ редактировать ]Кросс-модальная пластичность может быть взаимно вызвана двумя сенсорными модальностями. Например, лишение обонятельной функции усиливает тактильные ощущения усов , а с другой стороны, стрижка усов усиливает обонятельную функцию. С точки зрения клеточных механизмов, скоординированная пластичность между кортикальными возбуждающими и тормозными нейронами связана с усилением регуляции сенсорного поведения. [31] [32] [33]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лаззуни, Л.; Лепор, Ф. (2014). «Компенсаторная пластичность: время имеет значение» . Границы человеческой неврологии . 8 : 340. дои : 10.3389/fnhum.2014.00340 . ПМК 4054015 . ПМИД 24971056 .
- ^ Птито, М; Шнайдер, FCG; Полсон, О.Б.; Куперс, Р. (2008). «Изменения зрительных путей при врожденной слепоте». Эксп. Мозговой Рес . 187 (1): 41–49. дои : 10.1007/s00221-008-1273-4 . ПМИД 18224306 . S2CID 22334351 .
- ^ Коллиньон, О; Даваре, М; Оливье, Э; Де Волдер, АГ. (2009). «Реорганизация правого затылочно-теменного потока для слуховой пространственной обработки у ранних слепых людей. Исследование транскраниальной магнитной стимуляции». Мозговой топогр . 21 (3–4): 232–240. дои : 10.1007/s10548-009-0075-8 . ПМИД 19199020 . S2CID 16569131 .
- ^ Ван Брюссель, Л.; Геритс, А.; Аркенс, Л. (2011). «Доказательства кросс-модальной пластичности зрительной коры головного мозга взрослой мыши после монокулярной энуклеации» . Кора головного мозга . 21 (9): 2133–2146. дои : 10.1093/cercor/bhq286 . ПМИД 21310780 .
- ^ Шу, Н; Лю, Ю; Ли, Дж; Ю, С; Цзян, Т.; Цзян, Тяньцзы (2009). «Измененная анатомическая сеть при ранней слепоте, выявленная с помощью диффузионной тензорной трактографии» . ПЛОС ОДИН . 4 (9): е7228. Бибкод : 2009PLoSO...4.7228S . дои : 10.1371/journal.pone.0007228 . ПМЦ 2747271 . ПМИД 19784379 .
- ^ Бонино, Д; Риккарди, Э; Сани, Л; Джентили, К; Ванелло, Н; Гуазелли, М; Векки, Т; Пьетрини, П. (2008). «Тактильная пространственная рабочая память активирует дорсальный экстрастриарный кортикальный путь у врожденно слепых людей». Арх. Итал. Биол . 146 (3–4): 133–146. ПМИД 19378878 .
- ^ Птито, М; Матто, я; Гьедде, А; Куперс, Р. (2009). «Рекрутирование средней височной области тактильными движениями при врожденной слепоте». НейроОтчет . 20 (6): 543–47. дои : 10.1097/wnr.0b013e3283279909 . ПМИД 19240660 . S2CID 44524241 .
- ^ Лю, Ю; Ю, С; Лян, М; Тиан, Л; Чжоу, Ю; Цинь, Вт; Ли, К; Цзян, Т.; Цзян, Т. (2007). «Функциональная связь всего мозга у ранних слепых» . Мозг . 130 (8): 2085–96. дои : 10.1093/brain/awm121 . ПМИД 17533167 .
- ^ Бхаттачарджи, А.; Да, Эй Джей; Лисак, Дж.А.; Варгас, МГ; Гольдрейх, Д. (27 октября 2010 г.). «Эксперименты по вибротактильному маскированию выявили ускоренную соматосенсорную обработку у врожденно слепых читателей Брайля» . Журнал неврологии . 30 (43): 14288–14298. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1447-10.2010 . ПМЦ 3449316 . ПМИД 20980584 .
- ^ Гольдрейх, Д; Канич, И.М. (2003). «Острота осязания повышается при слепоте» . Журнал неврологии . 23 (8): 3439–45. doi : 10.1523/JNEUROSCI.23-08-03439.2003 . ПМЦ 6742312 . ПМИД 12716952 .
- ^ Гольдрейх, Д; Канич, И.М. (2006). «Работа слепых и зрячих людей с задачей обнаружения тактильной решетки» . Восприятие и психофизика . 68 (8): 1363–71. дои : 10.3758/bf03193735 . ПМИД 17378422 .
- ^ Ван Бовен, RW; Гамильтон, Р.Х.; Кауфман, Т.; Кинан, JP; Паскуаль-Леоне, А. (27 июня 2000 г.). «Тактильное пространственное разрешение у слепых читателей Брайля». Неврология . 54 (12): 2230–2236. дои : 10.1212/wnl.54.12.2230 . ISSN 0028-3878 . ПМИД 10881245 . S2CID 12053536 .
- ^ Вонг, М; Гнанакумаран, В.; Гольдрейх, Д. (2011). «Повышение тактильной пространственной остроты при слепоте: доказательства механизмов, зависящих от опыта» . Журнал неврологии . 31 (19): 7028–37. doi : 10.1523/jneurosci.6461-10.2011 . ПМК 6703211 . ПМИД 21562264 .
- ^ Ламбертц, Н.; Гижевский, ER; де Грейфф, А; Форстинг, М. (2005). «Кросс-модальная пластичность у глухих в зависимости от степени потери слуха». Когнитивные исследования мозга . 25 (3): 884–90. doi : 10.1016/j.cogbrainres.2005.09.010 . ПМИД 16260123 .
- ^ Ломбер, С.Г.; Мередит, Массачусетс; Крал, А. (2010). «Кроссмодальная пластичность в определенных слуховых корах лежит в основе зрительной компенсации у глухих». Природная неврология . 13 (11): 1421–1427. дои : 10.1038/nn.2653 . ПМИД 20935644 . S2CID 10879090 .
- ^ Корина, Д.; Синглтон, Дж. (2009). «Развитие социальной когнитивной нейронауки: идеи глухоты». Развитие ребенка . 80 (4): 952–967. дои : 10.1111/j.1467-8624.2009.01310.x . ПМИД 19630887 .
- ^ Краситель, MWG; Барил, Делавэр; Бавелье, Д. (2007). «Какие аспекты зрительного внимания изменяются из-за глухоты? Случай теста сети внимания» . Нейропсихология . 45 (8): 1801–1811. doi : 10.1016/j.neuropsychologia.2006.12.019 . ПМК 2885017 . ПМИД 17291549 .
- ^ Хорошо, я; Финни, EM; Бойнтон, генеральный менеджер; Добкинс, К. (2005). «Сравнение эффектов слуховой депривации и языка жестов в слуховой и зрительной коре». J Cogn Neurosci . 17 (10): 1621–37. CiteSeerX 10.1.1.379.9029 . дои : 10.1162/089892905774597173 . ПМИД 16269101 . S2CID 5498280 .
- ^ Боттари, Д; Каклин, А.; Джард, М.-Х. и Павани, Ф. (2011). «Изменения в ранней кортикальной визуальной обработке предсказывают повышенную реактивность у глухих» . ПЛОС ОДИН . 6 (9): e25607. Бибкод : 2011PLoSO...625607B . дои : 10.1371/journal.pone.0025607 . ПМК 3183070 . ПМИД 21980501 .
- ^ Бавелье, Д.; Краситель, МВт; Хаузер, ПК (2006). «Лучше ли видят глухие?» . Тенденции в когнитивных науках . 10 (11): 512–18. дои : 10.1016/j.tics.2006.09.006 . ПМЦ 2885708 . ПМИД 17015029 .
- ^ Прокш, Дж.; Бавелье, Д. (2002). «Изменения пространственного распределения зрительного внимания после ранней глухоты» . Журнал когнитивной нейронауки . 14 (5): 687–701. дои : 10.1162/08989290260138591 . ПМИД 12167254 . S2CID 207673213 .
- ^ Бавелье, Д.; Краситель, МВт; Хаузер, ПК (2006). «Лучше ли видят глухие?» . Тенденции в когнитивных науках . 10 (11): 512–18. дои : 10.1016/j.tics.2006.09.006 . ПМЦ 2885708 . ПМИД 17015029 .
- ^ Хаузер, ПК; Краситель, MWG; Бутла, М.; Грин, CS; Бавелье, Д. (2007). «Глухота и зрительный счет: не все аспекты внимания изменяются при глухоте» . Исследования мозга . 1153 : 178–187. дои : 10.1016/j.brainres.2007.03.065 . ЧВК 1934506 . ПМИД 17467671 .
- ^ Армстронг, бакалавр; Невилл, HJ; Хиллард, ЮАР; Митчелл, ТВ (2002). «Слуховая депривация влияет на обработку движения, но не на цвет». Когнитивные исследования мозга . 14 (3): 422–434. дои : 10.1016/s0926-6410(02)00211-2 . ПМИД 12421665 .
- ^ Кодина, К; Паскаллис, О.; Моди, К.; Роуз, Дж.; Гаммер, Л.; Бакли, П.; Туми, П. (2011). «Визуальное преимущество у глухих взрослых связано с изменениями сетчатки» . ПЛОС ОДИН . 6 (6): е20417. Бибкод : 2011PLoSO...620417C . дои : 10.1371/journal.pone.0020417 . ПМК 3105994 . ПМИД 21673805 .
- ^ Корина, Д.; Синглтон, Дж. (2009). «Развитие социальной когнитивной нейронауки: идеи глухоты». Развитие ребенка . 80 (4): 952–967. дои : 10.1111/j.1467-8624.2009.01310.x . ПМИД 19630887 .
- ^ Прокш, Дж.; Бавелье, Д. (2002). «Изменения пространственного распределения зрительного внимания после ранней глухоты» . Журнал когнитивной нейронауки . 14 (5): 687–701. дои : 10.1162/08989290260138591 . ПМИД 12167254 . S2CID 207673213 .
- ^ Бавелье, Д.; Краситель, МВт; Хаузер, ПК (2006). «Лучше ли видят глухие?» . Тенденции в когнитивных науках . 10 (11): 512–18. дои : 10.1016/j.tics.2006.09.006 . ПМЦ 2885708 . ПМИД 17015029 .
- ^ Дусе, Мэн; Бержерон, Ф; Лассонд, М; Феррон, П; Лепор, Ф. (2006). «Кросс-модальная реорганизация и восприятие речи у пользователей кохлеарных имплантатов». Мозг . 129 (12): 3376–83. дои : 10.1093/brain/awl264 . ПМИД 17003067 .
- ^ Жиро, А; Прайс CJm, Грэм JM; Тру, Э; Фраковяк, RSJ; Фраковяк, Ричард С.Дж. (2001). «Кроссмодальная пластичность лежит в основе восстановления речи после кохлеарной имплантации» . Нейрон . 30 (3): 657–63. дои : 10.1016/s0896-6273(01)00318-x . ПМИД 11430800 .
- ^ Чжан, Гуаньцзюнь; Гао, Чжилун; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Ван (2013). «Повышающая регуляция возбуждающих нейронов и понижающая регуляция тормозных нейронов в бочкообразной коре связаны с потерей входных сигналов усов» . Молекулярный мозг . 6 (2): 1–11. дои : 10.1186/1756-6606-6-2 . ПМЦ 3548736 . ПМИД 23286328 .
- ^ Да, Бинг; Хуан, Ли; Гао, Цзилун; Чен, Пин; Ни, Хонг; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Цзинь-Хуэй (2012). «Функциональная активация грушевидной коры связана с кросс-модальной пластичностью при потере тактильных входных сигналов в усах» . ПЛОС ОДИН . 7 (8): е41986. Бибкод : 2012PLoSO...741986Y . дои : 10.1371/journal.pone.0041986 . ПМЦ 3424151 . ПМИД 22927919 .
- ^ Повышение регуляции бочкообразных ГАМКергических нейронов связано с кросс-модальной пластичностью при обонятельной депривации> Ни, Хонг; Хуан, Ли; Чен, На; Лю, Дунбо; Чжан, Фэнъюй; Ге, Мин; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Цзинь-Хуэй (2010). «Повышение регуляции бочковых ГАМКергических нейронов связано с кросс-модальной пластичностью при обонятельном дефиците» . ПЛОС ОДИН . 5 (10): е13736. Бибкод : 2010PLoSO...513736N . дои : 10.1371/journal.pone.0013736 . ПМЦ 2966404 . ПМИД 21060832 .