Кросс-модальная пластичность - Cross modal plasticity
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 мозга. Реорганизация нейронной сети наиболее велика после длительной сенсорной депривации, такой как врожденная слепота или предъязыковая 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 формируются с корой головного мозга, которая больше не получает сенсорную информацию.
Пластика в слепую
Несмотря на то, что слепые больше не могут видеть, зрительная кора по-прежнему активно используется, хотя она имеет дело с информацией, отличной от визуального ввода. 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 был уменьшен до 25% в первичной зрительной коре. Атрофия из серого вещества , нейрон тело, вероятно , из - за его связь с оптическим трактом. Поскольку глаза больше не получают визуальную информацию, неиспользование подключенного зрительного тракта вызывает потерю 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 к восприятию и вниманию для идентификации различных слуховых стимулов, включая звуки речи. У ранних слепых можно прервать пространственное обнаружение звука, вызвав виртуальное повреждение в зрительной коре с помощью транскраниальной магнитной стимуляции .
Соматосенсорной коры головного мозга также может рекрутировать зрительной коры , чтобы помочь с тактильным ощущением. Кросс-модальная пластичность изменяет сетевую структуру мозга , приводя к усилению связей между соматосенсорной и зрительной корой. Кроме того, соматосенсорная кора играет роль узловой области нервных связей в головном мозге для слепых, но не для зрячих. Благодаря этой кросс-модальной сети ранние слепые могут реагировать на тактильные стимулы с большей скоростью и точностью, поскольку у них есть больше нейронных путей для работы. Одним из элементов зрительной системы, который может задействовать соматосенсорная кора, является дорсально-зрительный поток . Спинной поток используется зрячими для визуальной идентификации пространственной информации, но первые слепые используют его во время тактильного ощущения трехмерных объектов. Однако как зрячие, так и слепые участники использовали спинной поток для обработки пространственной информации, предполагая, что кросс-модальная пластичность у слепых перенаправила спинной визуальный поток для работы с осязанием, а не для изменения общей функции потока.
Опыт зависимости
Есть доказательства того, что степень кросс-модальной пластичности между соматосенсорной и зрительной корой зависит от опыта. В исследовании с использованием устройств с тактильным языком для передачи пространственной информации ранние слепые люди смогли продемонстрировать активацию зрительной коры головного мозга после 1 недели тренировки с устройством. Несмотря на то, что не было никаких перекрестных модальные соединений на старте, раннее слепые могли развивать связи между соматосенсорной и зрительной коры головного мозга , а зрячие управления не смогли. Ранние или врожденно слепые люди имеют более сильные кросс-модальные связи, чем раньше они начали изучать шрифт Брайля . Раннее начало позволяет сформировать более сильные связи, поскольку слепые дети в раннем возрасте должны расти, используя для чтения осязание, а не зрение. Возможно, из-за этих кросс-модальных связей исследования сенсорного тестирования показали, что люди, рожденные слепыми и хорошо читающие шрифт Брайля, воспринимают через прикосновение быстрее, чем другие. Кроме того, при слепоте повышается тактильная пространственная острота зрения, и это усиление зависит от опыта.
Пластика у глухих
Перекрестная модальная пластичность также может возникать у глухих людей с доязыком . Исследование функциональной магнитно-резонансной томографии ( фМРТ ) показало, что глухие участники используют первичную слуховую кору, а также зрительную кору, когда они наблюдают за языком жестов . Хотя слуховая кора больше не получает сигнал от ушей , глухие по-прежнему могут использовать определенные области коры для обработки зрительных стимулов. Первичные сенсорные способности, такие как различение яркости, визуальная контрастная чувствительность, временные пороги дискриминации, временное разрешение и пороги различения для направлений движения, по-видимому, не изменяются при потере такой модальности, как слух. Однако задачи обработки более высокого уровня могут претерпевать компенсирующие изменения. В случае слуховой депривации некоторые из этих компенсаций, по-видимому, влияют на обработку зрительной периферии и обнаружение движения в периферическом зрении.
У глухих людей отсутствует слуховой ввод , поэтому слуховая кора используется вместо этого для визуальной и языковой обработки. Слуховые активации также зависят от внимания у глухих. Однако процесс зрительного внимания у глухих существенно не отличается от такового у слышащих субъектов. Более сильная активация слуховой коры во время визуального наблюдения происходит, когда глухие люди обращают внимание на визуальный сигнал, и активация слабее, если сигнал находится вне прямой видимости. Одно исследование показало, что глухие участники обрабатывают периферические зрительные стимулы быстрее, чем слышащие субъекты. Глухота усиливает пространственное внимание к периферийному полю зрения, но не к центральному. Таким образом, мозг, кажется, компенсирует потерю слуха в своей зрительной системе за счет увеличения ресурсов внимания периферического поля; однако центральные визуальные ресурсы могут пострадать.
Улучшения, как правило, ограничиваются областями мозга, предназначенными как для слуховых, так и для визуальных стимулов, а не просто переписывают выделенные для звука области в визуальные области. Визуальные улучшения кажутся особенно сфокусированными на областях мозга, которые обычно обрабатывают конвергенцию со слуховым входом. Это особенно заметно в исследованиях, показывающих изменения в задней теменной коре головного мозга глухих, которая является как одним из основных центров зрительного внимания, так и областью, известной интеграцией информации от различных органов чувств.
Недавние исследования показывают, что в задачах, основанных на внимании, таких как отслеживание объектов и их перечисление, глухие субъекты работают не лучше, чем слышащие субъекты. Улучшение визуальной обработки все еще наблюдается, даже когда глухой испытуемый не обращает внимания на прямой стимул. Исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что у врожденно глухих людей области нейроретинального обода были значительно больше, чем у слышащих, что позволяет предположить, что у глухих людей может быть более высокая концентрация ганглиозных клеток сетчатки .
Язык знаков
Глухие люди часто используют язык жестов как способ общения. Однако язык жестов сам по себе не может существенно изменить организацию мозга. Фактически, данные нейровизуализации и электрофизиологии, изучающие функциональные изменения зрительных путей, а также исследования сенсорной депривации на животных показали, что усиление внимания периферической зрительной обработки, обнаруженное у глухих людей, не обнаруживается у слышащих людей.
Периферические визуальные изменения наблюдаются у всех форм глухих - подписывающих, устных коммуникаторов и т. Д. Сравнительные фМРТ слышащих говорящих и слышащих ранних подписывающих, с другой стороны, показывают сопоставимую периферическую активацию. Повышение внимания периферической зрительной обработки, обнаруженное у глухих, не было обнаружено у слышащих подписывающих лиц. Поэтому маловероятно, что жесты вызывают неврологические различия в зрительном внимании.
Кохлеарные имплантаты
Еще один способ увидеть кросс-модальную пластичность у глухих - это посмотреть на эффекты от установки кохлеарных имплантатов . У тех, кто стал глухим до языка , кросс-модальная пластичность помешала их способности обрабатывать речь с помощью кохлеарного имплантата. Для предъязыкового глухого слуховая кора была изменена, чтобы справляться с визуальной информацией, поэтому она не может справиться с новым сенсорным входом, который обеспечивает имплант. Однако для постлингвальных глухих их опыт работы с визуальными подсказками, такими как чтение по губам, может помочь им лучше понимать речь вместе с помощью кохлеарного имплантата. У постлингвальных глухих не так много рекрутирования слуховой коры, как у ранних глухих, поэтому они лучше работают с кохлеарными имплантатами. Также было обнаружено, что зрительная кора головного мозга активировалась только тогда, когда принимаемые звуки имели потенциальное значение. Например, зрительная кора головного мозга активируется для слов, но не для гласных. Эта активация является дополнительным доказательством того, что кросс-модальная пластичность зависит от внимания.
Пластичность после обонятельного дефицита или обрезки усов
Кросс-модальная пластичность может быть взаимно индуцирована между двумя сенсорными модальностями. Например, лишение обонятельной функции активирует тактильные ощущения усов, а, с другой стороны, подстригание усов усиливает обонятельную функцию. Что касается клеточных механизмов, скоординированная пластичность между возбуждающими и тормозящими нейронами коры головного мозга связана с этими активациями сенсорного поведения.