Применив новые нейрокогнитивные и математические подходы, коллектив российских ученых впервые описал взаимодействия между гиппокампом и другими важнейшими областями головного мозга человека. Результаты работы были опубликованы в журнале Frontiers in Human Neuroscience.
Ученые исследовали гиппокамп – парную структуру в медиальных височных отделах полушарий головного мозга, связанную с процессами запоминания и ориентации в пространстве.
Суть работы заключалась в изучении причинно-следственных (или, как их иначе называют, эффективных) связей левого и правого гиппокампов человека с основными структурами сети пассивного режима работы мозга («дефолтной нейросети»), обеспечивающей работу мозга в состоянии бодрствующего покоя — базовом состоянии сознания человека. Дефолтная нейросеть включает в себя медиальную префронтальную кору (mPFC), заднюю часть поясной извилины (PCC), а также нижнюю теменную кору головного мозга левого (LIPC) и правого (RIPC) полушарий. Две последние структуры объединяют интермодальную (зрительную, слуховую, вестибулярную и тактильную) информацию о противоположной половине эгоцентрического пространственного окружения: LIPC — о правом полупространстве, а RIPC — о левом полупространстве.
В исследовании приняли участие 30 здоровых добровольцев (20 мужчин и 10 женщин) в возрасте от 20 до 35 лет. Все они были правшами. В состоянии покоя у участников были записаны данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Для расчета эффективных связей использовался математический метод спектрального динамического каузального моделирования (DCM). Основная идея этого метода — оценить параметры биологически обоснованной модели взаимодействия нейросетей мозга так, чтобы она наилучшим образом предсказывала наблюдаемые в эксперименте данные фМРТ.
Ученые провели три анализа DCM, проверив в общей сложности предсказания около 3 тыс. количественных моделей. Два первых анализа позволили определить взаимодействия между областями, которые включали в себя четыре ключевые структуры сети пассивного режима работы мозга в дополнение к левому и правому гиппокампам. Третий анализ представлял собой виртуальный нейрохирургический эксперимент по определению последствий, которые могло бы иметь «удаление» одной из ключевых структур мозга человека (PCC), для работы гиппокампов и взаимоотношений внутри дефолтной нейросети.
Изучение эффективных (причинно-следственных) связей обоих гиппокампов человека с другими важнейшими структурами мозга проводилось впервые. «Мы обнаружили доказательства выраженной асимметричности в работе левого и правого гиппокампов, которая была совершенно неизвестна из работ, проводившихся на животных. В целом левый гиппокамп более активно, чем правый, взаимодействует с остальными структурами мозга. Видимо, это обусловлено тем, что речевые механизмы у человека (у 97% правшей и 75% левшей) локализованы в левом полушарии. Но у правого гиппокампа есть свое преимущество: он получает информацию из обоих интермодальных центров, LIPC и RIPC, что служит основой для целостного представления окружения. Левый гиппокамп, напротив, получает информацию только от LIPC, поэтому его «знание» об окружении ограничено правым «полупространством», — рассказал руководитель проекта Борис Величковский.
Такая асимметрия эффективных связей гиппокамов объясняет одно из самых частотных нарушений сознания, наблюдаемых в клинике локальных поражений мозга, а именно «левостороннее игнорирование полупространства» (left-sided spatial hemineglect) у пациентов с поражениями правого полушария. Пациент с таким поражением за едой игнорирует пищу, расположенную в левой части тарелки, или же, готовясь к врачебному осмотру, бреет только правую половину лица. Как правило, травмы левого полушария не приводят к аналогичным выпадениям восприятия правой половины окружения.
