Исследование: Черепно-мозговая травма приводит к масштабным изменениям нейронных связей

Исследование ученых Медицинской школы Университета Тафтса, опубликованное в журнале Cerebral Cortex, показало, что травмы головы, достаточно серьезные для нарушения функций мозга, могут вызывать изменения не только в месте удара, но и во всем мозге. Ученые использовали модель черепно-мозговой травмы на животных и обнаружили, что оба полушария мозга активно формируют новые нейронные связи, пытаясь компенсировать утраченные функции.

"Даже отдаленные от места травмы участки мозга проявляли изменения в активности уже сразу после повреждения", - говорит ведущий автор исследования Саманта Боттом-Танзер, студентка факультета нейробиологии. "Исследования черепно-мозговых травм обычно сосредоточены на непосредственно поврежденной области, но наше исследование указывает на то, что травма может оказывать влияние на весь мозг, и визуализация отдаленных областей может предоставить ценную информацию".

Боттом-Танзер и ее коллеги впервые применили инновационный метод визуализации, сочетающий флуоресцентные датчики активности нейронов и электроды, для отслеживания взаимодействия различных участков мозга после травмы. Исследователи наблюдали за активностью мозга мышей в течение трех недель после травмы, во время периодов активности и покоя.

Хотя в целом нейронные связи у травмированных животных ослабли, все мыши успешно использовали беговое колесо. Однако активность мозга травмированных животных во время бега и покоя существенно отличалась от активности мозга здоровых особей. Удивительно, но мозг травмированных животных не демонстрировал различий в паттернах мозговых волн при движении и во время покоя, чего ожидали исследователи.

"Здоровый мозг переключается в разные состояния в зависимости от выполняемой задачи, будь то фокусировка внимания или ходьба", - говорит старший автор исследования Крис Дулла, профессор и временный председатель кафедры нейробиологии в Медицинской школе. "После черепно-мозговой травмы эта способность снижается, что указывает на нарушение процесса переключения мозгом между состояниями, механизм которого нам пока неизвестен".

"Данные исследования показывают, что мозг способен находить новые решения для выполнения сложных задач", - добавляет он.

Эта пластичность мозга имеет большое клиническое значение. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США, черепно-мозговые травмы часто приводят к долгосрочным проблемам со здоровьем и являются причиной гибели десятков тысяч американцев ежегодно. Исследователи предполагают, что визуализация активности мозга пациентов во время выполнения различных действий может помочь более точно определить степень повреждения и наиболее пострадавшие функции, что позволит индивидуализировать лечение.

"Это исследование подчеркивает сложность влияния травмы на динамичный и постоянно меняющийся мозг", - говорит Боттом-Танзер. "Большинство людей представляют мозг в одном состоянии, но наши данные свидетельствуют о его постоянных колебаниях, что открывает возможности для изучения альтернативных методов физической терапии, логопедии и других видов лечения".

В дальнейшем Боттом-Танзер, Дулла и их коллеги планируют изучать изменения нейронной активности после черепно-мозговой травмы в течение более длительного периода после восстановления. Они также исследуют, как их метод визуализации может быть использован для выявления изменений активности мозга, которые могут быть связаны с конкретными типами дисфункции или долгосрочными последствиями заболевания.