Достижения мозга. Как этот орган стал самой сложной и влиятельной частью тела человека - Паоло Бартоломео

молекул воды в ткани мозга, а математические алгоритмы воспроизводят траекторию крупных пучков аксонов. Программное обеспечение визуализации окрашивает затем произвольными цветами эти изображения анатомических пучков (рисунок 17).

Сегодня большие базы данных нейровизуализации, полученные в результате обследования сотен пациентов, как, например, Human Connectome Project, находятся в открытом доступе в интернете.

Будущее визуализации мозга

Итак, эти визуализации функциональных нейронных сетей (фМРТ) и анатомических нейронных сетей (диффузионная спектральная томография) отличаются. Между тем у этих двух сетей есть и нечто общее, раз уж обе они являются частью структуры одного и того же мозга! Как же тогда установить связь между двумя различными источниками информации?

В решение этой проблемы внес недавно существенный вклад коллектив ученых под руководством Мишеля Тибо де Шоттена из университета Бордо. Нейробиологи объединили результаты многочисленных данных, полученных с помощью фМРТ, которые были опубликованы на сайте Human Connectome Project. Для доказательства правильности своего подхода ученые выбрали регистрации, соответствующие точно поставленным задачам: выполнить движение (постучать пальцем, сжать пальцы ног), задействовать оперативную память (например, вспомнить номер телефона, который только что дали) и мобилизовать язык (понять смысл историй или математических задач). Те участки мозга, которые вовлекаются в эту активность, выявленную с помощью фМРТ, проецируются на объединяющие их пучки белого вещества – они, в свою очередь, определяются с помощью диффузионной спектральной томографии (рисунок 16). Полученные результаты не только выявили главные участки, в которых протекали эти процессы (в верхней части рисунка), но и позволили установить, какие анатомо-функциональные сети служат основой для реализации этих функций (в нижней части). Информация о структурных нейронных сетях приобщается таким образом к функциональному анализу. В итоге мы наблюдаем взаимодействие различных областей мозга, а не рассматриваем независимый вклад каждого из них в мозговые функции.

16. Изучение нейронных сетей, когда участники эксперимента слушают историю. См.: Nozais, V., Forkel, S.J., Foulon, C. et al., Funnectionnectome as a framework to analyse the contribution of brain circuits to fMRI, Communications Biology, вып. 4, № 1035, 2021 г.

Эта интеграционная работа главных компонентов нейронной сети мозга еще только в самом начале. Тем не менее речь идет о перспективном направлении, следуя которому нам будет легче понять, как этот столь сложный орган позволяет нам взаимодействовать с миром вокруг нас.

Глава 4

Речевые нейросети

«Он все понимает – только не говорит», – часто слышим мы о домашних питомцах. Следует признать, что хотя животные ревут, хрюкают, шипят и так далее, то с артикуляцией у них в процессе коммуникации все гораздо хуже. Как же получилось так, что мы обрели дар речи, и откуда эта способность? Эти вопросы позволяют познакомиться с удивительными особенностями строения мозга.

Левостороннее движение по речевой автостраде

Мозг разделен на два симметричных полушария – левое и правое. Между тем при более глубоком исследовании находящихся в каждом из этих полушарий нейронных сетей обнаруживается, что если одни из них имеют условные аналоги в другом полушарии, то за другими закреплены особые функции, которые иногда отражаются и на их анатомической структуре. Наиболее очевидным примером таких функциональных различий является речь.

Исследования в области асимметрии когнитивных процессов в разных полушариях восходят к 1860-м годам, когда французский врач Поль Брока (1824–1880) обнаружил, что мы «говорим левым полушарием». Брока пришел к этому выводу в результате обследования пациентов, потерявших способность к связной речи после того как они получили травмы в передних отделах (лобные доли) левого полушария. Так, ставший знаменитым пациент по прозвищу Тан произносил только слог «тан», хотя и довольно хорошо понимал то, что ему говорили.

Выяснилось, что наши речевые способности связаны не с одним и тем же участком мозга, а, скорее, с целой сетью, которая охватывает как передние, так и задние отделы левого полушария. У Тана были повреждены лобные доли заднего отдела левого полушария. Сейчас этот участок коры головного мозга принято называть центром или зоной Брока. Различные части этой сети связаны крупными проводящими путями белого вещества. К числу таких путей относится, например, дугообразный пучок – тракт, соединяющий речевые участки мозга (рисунок 17). Этот пучок развивается вокруг боковой щели – борозды, пересекающей по диагонали боковую часть мозга (рисунок 5).

Передние окончания дугообразного пучка доходят до зоны Брока, в то время как задние окончания соединяются с зоной Вернике – областью мозга, названной в честь немецкого психиатра Карла Вернике (1848–1905). Ученый описал пациентов, которые, получив травмы в этом участке, сохраняли речь, но больше не понимали того, что им говорили, в отличие от Тана.

Зона Вернике расположена недалеко от сенсорных участков коры, связанных со слухом, в то время как зона Брока находится рядом с теми участками мозга, которые определяют наши движения языком и ртом. Следовательно, сеть дугообразного пучка позволяет отождествлять звуки, которые мы слышим, со словами и фразами, которые имеют некоторое значение: то есть она нужна для нашего понимания. Эта сеть также предоставляет нам возможность производить самим звуки, которые объединяются в слова и фразы для общения с другими людьми.

Дугообразный пучок делится на несколько сегментов. Он обеспечивает прямую связь между зоной Брока и зоной Вернике за счет первого сегмента (зона Брока на рисунке 17), а также непрямые соединения за счет двух других сегментов, которые останавливаются на промежуточном участке теменной доли, получившей название «зона Гешвинда» в честь американского нейробиолога Нормана Гешвинда (1926–1984).

В правом полушарии существует похожая сеть, но она выполняет другие функции – мы вернемся к этой теме в другой главе.

17. Визуализация дугообразного пучка левого полушария с помощью трактографии белого вещества. См.: Catani, M. et al., Frontal networks in adults with autism spectrum disorder, Brain, вып. 139, № 2, февраль 2016 г., стр. 616–630

Доминирование левого полушария относительно

Полностью ли доминирует левое полушарие при реализации речевых функций? Вот уже несколько лет как стало понятно, что предположение Брока нуждается в уточнении. На самом деле, латерализация (процесс перераспределения психических функций между левым и правым полушариями головного мозга) речевых сетей не будет для всех одинаковой.

Так, например, изучая трактографию белого вещества, группа ученых под руководством Марко Катани из Королевского колледжа Лондона идентифицировала несколько различных типажей на основании различий в связях между зонами Брока и Вернике. У большинства испытуемых (25 из 40) в правом полушарии не было аналога сегмента, обеспечивающего прямую связь между зонами Брока и Вернике (выделено на рисунке 17). Присутствующее в левом