Как мозг обходит запреты: эксперименты с разделённым мозгом

Недавнее исследование показало: человеческий мозг умеет общаться между своими двумя половинами даже после почти тотального разрыва их основного соединения. Учёные доказали, что для сохранения почти нормального уровня интегрированной работы достаточно лишь малой части нервных волокон. Это открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, переворачивает традиционные представления о внутренней проводке мозга и указывает на фантастическую способность к перестройке после травмы.

Левые и правые полушария мозга соединены мозолистым телом — "трассой" из примерно 200 миллионов нервных волокон. Долгое время считалось: эта структура имеет чёткую карту связей, где определённые волокна связывают одинаковые области в каждом полушарии для конкретных задач. Из этого вытекало, что повреждённая часть мозолистого тела должна приводить к конкретным сбоям в "переговорах" между полушариями.

Для проверки гипотезы учёные обратились к уникальной категории людей — пациентам с синдромом разделённого мозга (split-brain). Для лечения тяжёлой эпилепсии им хирургически перерезают мозолистое тело — проводят каллозотомию. Сейчас такие операции редкость, а современной нейровизуализации для взрослых мало, поэтому долго не было понятно, как такие серьёзные изменения отражаются на мозговых сетях.

Исследовали шестерых взрослых пациентов, перенесших каллозотомию. У четверых мозолистое тело было перерезано полностью, у двоих — частично: у одного осталось 62% структуры, а у другого, некоего BT, удалили около 90%, сохраняя лишь крошечный мостик волокон шириной в 1 см сзади.

Сначала приступили к простым тестам поведения. У четырёх с тотальным разрывом проявился классический "синдром разъединения": полушария действовали независимо. Например, они не могли назвать предмет, положенный в левую руку, не глядя на него: ощущение шло в правое полушарие, а язык — в левое, и связи не было.

Двое пациентов с частичным разрывом таких проблем не испытывали. Особое удивление вызвал пациент BT: даже с крохотной остаточной связью между полушариями он спокойно справлялся с задачами, где требовалась обоюдная работа полушарий — значит, связь между ними сохранялась.

Для более точного анализа применили функциональное МРТ (fMRI), отслеживающее изменения мозгового кровотока. Метод показывает, какие области работают синхронно. Сравнив пациентов с сотней здоровых людей, учёные увидели: у четверых с полностью перерезанным мозолистым телом связь между полушариями резко снижалась, большие сетевые системы мозга работали по отдельности — словно левый и правый мозг жили своей жизнью, не договариваясь.

У двоих с частичным разрывом всё оказалось иначе — интеграция работы между полушариями почти не отличалась от нормы. Даже у BT мелкий пучок волокон давал возможность масштабной координации работы мозга. Это ломает устоявшуюся теорию, что небольшое количество оставшихся волокон поддерживает лишь связь между ограниченными участками, в основном визуальными.

Динамический анализ активности выявил: у здоровых людей ритмы работы левого и правого полушарий синхронизированы. У пациентов с полным разрывом синхронность исчезает — каждое полушарие работает в собственном ритме. Но оба частично разделённых пациента сохраняли здоровую синхронность, а у BT за 6 лет после операции нейронные сети, видимо, так перестроились, чтобы максимизировать пользу даже от миниатюрного соединения.

Работа ограничена малым числом испытуемых: подобных операций почти не делают, тяжело найти взрослых для исследований. Хотя разница между группами выражена чётко, для полной картины нужны ещё большие исследования и длительное наблюдение за пациентами. Такой подход поможет лучше понять, как мозг восстанавливается и использует свою пластичность.

Открытие открывает новые пути для реабилитации: даже минимальные оставшиеся соединения можно использовать для восстановления функции после травм. Это доказывает: структура мозга и его функциональность связаны намного гибче и сложнее, чем думали раньше.

В исследовании принимали участие Tyler Santander, Selin Bekir, Theresa Paul, Jessica M. Simonson, Valerie M. Wiemer, Henri Etel Skinner, Johanna L. Hopf, Anna Rada, Friedrich G. Woermann, Thilo Kalbhenn, Barry Giesbrecht, Christian G. Bien, Olaf Sporns, Michael S. Gazzaniga, Lukas J. Volz, Michael B. Miller.