Исследователи из Свободного университета в Берлине (Freie Universitaet Berlin) смогли с помощью компьютерного моделирования крупномасштабных систем мозга продемонстрировать, насколько совокупность биологических механизмов, действующих в определенных нейроанатомических структурах, достаточна для прямого объяснения реорганизации коры мозга, вызванного зрительной депривацией. Результаты исследования опубликованы в научном журнала Scientific Reports.
Введение
Слепые люди используют часть зрительной коры для языковой и семантической обработки. Зрительная кора – это парадигмальный случай «модально-специфической» области мозга, предназначенной исключительно для процессов зрительного восприятия у здоровых и незрячих лиц со зрением. Почему его функция смещается у слепого в сторону более высокого познания, в частности языка и значения?
Актуальность проблемы
По сравнению со зрячими людьми у слепых людей относительно более сильная активация первичной визуальной области (V1) в затылочной коре, при прослушивании слов и предложений. Почему зрительная система функционально рекрутируется для языковой обработки и как такая функциональная перестройка человеческого мозга возникает на уровне нервных клеток и нейронных цепей, не было полностью выяснено.
Материалы и методы обследования
Биологически ограниченная сетевая модель, реализующая нейрофизиологическую функцию, анатомическую структуру и связность больших областей коры головного мозга, была применена для имитации приобретения значения слова путем изучения семантических отношений между формами слова, объектами и действиями. Моделирование проводилось в «незадействованной здоровой» модели, где был доступен визуальный ввод, и, что особенно важно, в «лишенной» версии, где визуальный ввод был удален, хотя другие типы ввода сохранялись.
Результаты научной работы
В результате нейрофизиологических механизмов обучения, нейронные цепи, связанные со словами, спонтанно возникали в разных областях коры, но только при визуальной депривации нервные цепи росли и расширялись в зрительную кору для всех тестируемых семантических типов слов (и особенно связанные с действием). Напротив, «непривилегированная» модель позволяла только словам, обозначающим визуальные объекты, расти в направлении визуальной области. Дополнительный нейронный набор зрительных областей в «слепой модели» также привел к более длительному всплеску нервной активности по сравнению с зрительной моделью во время обработки распознавания слов. Это объясняет, почему у слепых людей лучше работает память, чем у зрячих. Авторы утверждают, что 2 биологических механизма объясняют рекрутирование зрительной коры в языковой обработке у слепых: так называемое расширение «Doursat-Bienenstock», то есть естественная тенденция роста нейронных цепей, основанная на корреляции нейронной активности, и отсутствие неинформативного восприятия ввода из обездоленных регионов, что в здоровых условиях имеет решающее значение для предотвращения чрезмерного расширения нейронной цепи. Результаты компьютерного моделирования обеспечивают критическое понимание того, как лингвистические и семантические знания представлены в человеческом мозге в нормальных и визуально лишенных условиях.
Выводы
Полученное в результате новое понимание реорганизации зрительных и языковых механизмов может помочь исследователям в разработке и совершенствовании методов нейрореабилитации языка, восприятия и более высокого уровня познания.
Авторы другого исследования утверждают, что бананы могут предотвратить слепоту.
