Кросс-модальная пластичность - Википедия - Cross modal plasticity

Кросс-модальная пластичность может реорганизовать связи между четырьмя основными доли в ответ на потерю чувствительности.

Кросс-модальная пластичность это адаптивная реорганизация нейроны интегрировать функцию двух или более сенсорные системы. Кросс-модальная пластичность - это разновидность нейропластичность и 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 же предъязыковая глухота. В этих случаях кросс-модальная пластичность может усилить другие сенсорные системы, чтобы компенсировать отсутствие зрение или же слушание. Это усиление связано с новыми связями, которые формируются с корой головного мозга, которая больше не получает сенсорный ввод.[1]

Пластика в слепую

Хотя слепые больше не могут видеть, зрительная кора все еще активно используется, хотя имеет дело с информацией, отличной от визуального ввода. Исследования показали, что объем белое вещество (миелинизированный нервные связи) в зрительный тракт, но не в самой первичной зрительной коре. Однако объем серого вещества был уменьшен до 25% в первичной зрительной коре. В атрофия из серое вещество, тела нейронов, вероятно, связано с его ассоциацией с зрительным трактом.[2] 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 страдает меньше.

Например, слепые люди демонстрируют повышенную чувствительность к восприятию и вниманию для идентификации различных слуховых стимулов, включая звуки речи. Пространственное обнаружение звука может быть прервано ранним слепым, вызвав виртуальное повреждение в зрительной коре, используя транскраниальная магнитная стимуляция.[3]

В соматосенсорная кора также может задействовать зрительную кору головного мозга, чтобы помочь с тактильными ощущениями. Кросс-модальная пластичность изменяет сетевую структуру мозг, что приводит к усилению связи между соматосенсорной и зрительной корой.[4] Кроме того, соматосенсорная кора играет роль узловой области нервных связей в головном мозге для слепых, но не для зрячих.[5] Благодаря этой кросс-модальной сети ранние слепые могут реагировать на тактильные стимулы с большей скоростью и точностью, поскольку у них больше нервные пути работать с. 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.[6] Однако как зрячие, так и слепые участники использовали спинной поток для обработки пространственной информации, предполагая, что кросс-модальная пластичность у слепых перенаправила дорсальный визуальный поток для работы с осязание вместо того, чтобы изменять общую функцию 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.[7] Хотя вначале не было кросс-модальных связей, ранние слепые смогли развить связи между соматосенсорной и зрительной корой головного мозга во время зрения. контроль не смогли. Ранние или врожденно слепые люди имеют более сильные кросс-модальные связи, чем раньше они начали учиться Шрифт Брайля.[8] Более раннее начало позволяет сформировать более сильные связи, поскольку ранние слепые дети должны расти, используя свои осязание читать вместо того, чтобы пользоваться зрением. Возможно, из-за этих кросс-модальных связей исследования сенсорного тестирования показали, что люди, рожденные слепыми и хорошо читающие шрифт Брайля, воспринимают прикосновение быстрее, чем другие.[9] Кроме того, при слепоте повышается тактильная пространственная острота зрения.[10][11] и это улучшение зависит от опыта.[12][13]

Пластика у глухих

Кросс-модальная пластичность также может иметь место в предъязычный глухой лиц. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ ) исследование показало, что глухие участники используют первичная слуховая кора а также зрительная кора, когда они наблюдают язык знаков.[14] Хотя слуховая кора больше не получает сигнал от уши глухие по-прежнему могут использовать определенные области коры для обработки зрительных стимулов.[15] Первичные сенсорные способности, такие как различение яркости, визуальная контрастная чувствительность, временные пороги дискриминации, временное разрешение и пороги дискриминации 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.[16]

Глухим людям не хватает слуховой ввод, поэтому слуховая кора используется вместо 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.[17] 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.[18] Одно исследование показало, что глухие участники обрабатывают периферические зрительные стимулы быстрее, чем слушающие.[19] Глухота усиливает пространственное внимание к периферийному полю зрения, но не к центральному.[20] Таким образом, мозг, кажется, компенсирует потерю слуха в своей зрительной системе за счет увеличения ресурсов внимания периферического поля; однако могут пострадать центральные визуальные ресурсы.[21]

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 задняя теменная кора глухих, который является одновременно одним из основных центров зрительного внимания, но также и областью, известной интеграцией информации от различных органов чувств.[22]

Недавние исследования показывают, что в задачах, основанных на внимании, таких как отслеживание объектов и их перечисление, глухие субъекты работают не лучше, чем слышащие.[23] Улучшение визуальной обработки все еще наблюдается, даже когда глухой объект не обращает внимания на прямой стимул.[24] Исследование, опубликованное в 2011 году, показало, что у людей с врожденной глухотой область нейроретинального обода была значительно больше, чем у людей со слухом, что позволяет предположить, что глухие люди могут иметь большую концентрацию ганглиозные клетки сетчатки.[25]

Язык знаков

Глухие люди часто используют язык жестов как способ общения. Однако язык жестов сам по себе не может существенно изменить организацию мозга. Фактически, нейровизуализация и электрофизиология данные изучения функциональных изменений зрительных путей, а также исследования сенсорной депривации на животных показали, что усиление внимания периферической зрительной обработки, обнаруженное у глухих людей, не обнаруживается у слышащих подписывающих лиц.[26]

Периферийные визуальные изменения наблюдаются у всех форм глухих - подписывающих, устных коммуникаторов и т. Д.[27] С другой стороны, сравнительные фМРТ слышащих говорящих и слышащих первых подписавших показывает сопоставимую периферическую активацию. Усиление внимания периферической зрительной обработки, обнаруженное у глухих, не было обнаружено у слышащих подписывающих лиц. Поэтому маловероятно, что жесты вызывают неврологические различия в зрительном внимании.[28]

Кохлеарные имплантаты

Еще один способ увидеть кросс-модальную пластичность у глухих - это посмотреть на эффекты установки кохлеарные имплантаты. Для тех, кто оглох предлингвально, кросс-модальная пластичность препятствовала их способности обрабатывать язык 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 постлингвальный глухой их опыт работы с визуальными подсказками, такими как чтение по губам может помочь им лучше понимать речь с помощью кохлеарного имплантата. У постлингвальных глухих не так много рекрутирования слуховой коры, как у ранних глухих, поэтому они лучше работают с кохлеарными имплантатами.[29] Также было обнаружено, что зрительная кора активировалась только тогда, когда принимаемые звуки имели потенциальное значение. Например, зрительная кора активировалась для слов, но не для гласных.[30] Эта активация является дополнительным свидетельством того, что кросс-модальная пластичность зависит от внимания.

Пластичность после обонятельного дефицита или обрезки усов

Межмодальная 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.[31][32][33]

Рекомендации

  1. ^ Lazzouni, L .; Лепор, Ф. (2014). «Компенсаторная пластичность: время имеет значение». Границы нейробиологии человека. 8: 340. Дои:10.3389 / fnhum.2014.00340. ЧВК  4054015. PMID  24971056.
  2. ^ Птито, М; Шнайдер, FCG; Полсон, OB; Куперс, Р. (2008). «Изменения зрительных путей при врожденной слепоте». Exp. Мозг Res. 187 (1): 41–49. Дои:10.1007 / s00221-008-1273-4. PMID  18224306.
  3. ^ Collignon, O; Davare, M; Оливье, Э; Де Волдер, АГ. (2009). «Реорганизация правого затылочно-теменного потока для слуховой пространственной обработки у ранних слепых людей. Исследование транскраниальной магнитной стимуляции». Мозг Топогр. 21 (3–4): 232–240. Дои:10.1007 / s10548-009-0075-8. PMID  19199020.
  4. ^ https://academic.oup.com/cercor/article/21/9/2133/381559
  5. ^ Шу, Н; Лю, Y; Ли, Дж; Yu, C; Jiang, T .; Цзян, Тяньцзы (2009). «Измененная анатомическая сеть при ранней слепоте, выявленная диффузионно-тензорной трактографией». PLOS ONE. 4 (9): e7228. Bibcode:2009PLoSO ... 4.7228S. Дои:10.1371 / journal.pone.0007228. ЧВК  2747271. PMID  19784379.
  6. ^ Бонино, Д; Ricciardi, E; Сани, L; Джентили, C; Vanello, N; Guazzelli, M; Vecchi, T; Пьетрини, П. (2008). «Тактильная пространственная рабочая память активирует дорсальный экстрастриарный кортикальный путь у врожденно слепых людей». Arch. Ital. Биол. 146 (3–4): 133–146. PMID  19378878.
  7. ^ Птито, М; Матто, I; Gjedde, A; Куперс, Р. (2009). «Вовлечение средней височной области тактильными движениями при врожденной слепоте». NeuroReport. 20 (6): 543–47. Дои:10.1097 / wnr.0b013e3283279909. PMID  19240660.
  8. ^ Лю, Y; Yu, C; Лян, М; Тиан, L; Чжоу, Y; Цинь, Вт; Ли, К; Jiang, T .; Цзян, Т. (2007). «Функциональная связь всего мозга у первых слепых». Мозг. 130 (8): 2085–96. Дои:10.1093 / мозг / awm121. PMID  17533167.
  9. ^ Bhattacharjee, A .; Ye, A.J .; Lisak, J. A .; Vargas, M. G .; Гольдрайх, Д. (27 октября 2010 г.). «Эксперименты по вибротактильной маскировке выявили ускоренную соматосенсорную обработку у врожденно слепых читателей Брайля». Журнал неврологии. 30 (43): 14288–14298. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1447-10.2010. ЧВК  3449316. PMID  20980584.
  10. ^ Goldreich, D; Каникс, И.М. (2003). «Острота тактильных ощущений повышается при слепоте». Журнал неврологии. 23 (8): 3439–45. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.23-08-03439.2003. ЧВК  6742312. PMID  12716952.
  11. ^ Goldreich, D; Каникс, И.М. (2006). «Выполнение слепых и зрячих людей по задаче обнаружения тактильной решетки». Восприятие и психофизика. 68 (8): 1363–71. Дои:10.3758 / bf03193735. PMID  17378422.
  12. ^ Van Boven, R.W .; Hamilton, R.H .; Кауфман, Т .; Keenan, J. P .; Паскуаль-Леоне А. (27.06.2000). «Тактильное пространственное разрешение у слепых читателей Брайля». Неврология. 54 (12): 2230–2236. Дои:10.1212 / wnl.54.12.2230. ISSN  0028-3878. PMID  10881245. S2CID  12053536.
  13. ^ Вонг, М; Гнанакумаран, V; Гольдрайх, Д. (2011). «Повышение тактильной пространственной остроты зрения при слепоте: данные о механизмах, зависящих от опыта». Журнал неврологии. 31 (19): 7028–37. Дои:10.1523 / jneurosci.6461-10.2011. ЧВК  6703211. PMID  21562264.
  14. ^ Lambertz, N; Gizewski, ER; де Грейфф, А; Форстинг, М. (2005). «Кросс-модальная пластичность у глухих в зависимости от степени потери слуха». Когнитивные исследования мозга. 25 (3): 884–90. Дои:10.1016 / j.cogbrainres.2005.09.010. PMID  16260123.
  15. ^ Lomber, SG; Meredith, M. A .; Краль, А. (2010). «Межмодальная пластичность в определенных слуховых корках лежит в основе зрительной компенсации у глухих». Природа Неврология. 13 (11): 1421–1427. Дои:10.1038 / номер 2653. PMID  20935644.
  16. ^ Корина, Д .; Синглтон, Дж. (2009). «Социальная когнитивная нейробиология развития: понимание глухоты». Развитие ребенка. 80 (4): 952–967. Дои:10.1111 / j.1467-8624.2009.01310.x. PMID  19630887.
  17. ^ Краситель, MWG; Baril, D.E .; Бавелье, Д. (2007). «Какие аспекты зрительного внимания изменяются глухотой? Случай с тестом сети внимания». Нейропсихология. 45 (8): 1801–1811. Дои:10.1016 / j.neuropsychologia.2006.12.019. ЧВК  2885017. PMID  17291549.
  18. ^ Хорошо, я; Финни, EM; Бойнтон, GM; Добкинс, К. (2005). «Сравнение эффектов слуховой депривации и языка жестов в слуховой и зрительной коре». J Cogn Neurosci. 17 (10): 1621–37. CiteSeerX  10.1.1.379.9029. Дои:10.1162/089892905774597173. PMID  16269101.
  19. ^ Боттари, Д; Caclin, A .; Giard, M.-H. И Павани Ф. (2011). «Изменения в ранней корковой визуальной обработке предсказывают усиление реактивности у глухих». PLOS ONE. 6 (9): e25607. Bibcode:2011PLoSO ... 625607B. Дои:10.1371 / journal.pone.0025607. ЧВК  3183070. PMID  21980501.
  20. ^ Bavelier, D .; Краситель, М. З .; Хаузер, П. К. (2006). "Глухие видят лучше?". Тенденции в когнитивных науках. 10 (11): 512–18. Дои:10.1016 / j.tics.2006.09.006. ЧВК  2885708. PMID  17015029.
  21. ^ Proksch, J .; Бавелье, Д. (2002). «Изменение пространственного распределения зрительного внимания после ранней глухоты». Журнал когнитивной неврологии. 14 (5): 687–701. Дои:10.1162/08989290260138591. PMID  12167254.
  22. ^ Bavelier, D .; Краситель, М. З .; Хаузер, П. К. (2006). "Глухие видят лучше?". Тенденции в когнитивных науках. 10 (11): 512–18. Дои:10.1016 / j.tics.2006.09.006. ЧВК  2885708. PMID  17015029.
  23. ^ Хаузер, ПК; Краситель, M. W. G .; Boutla, M .; Green, C. S .; Бавелье, Д. (2007). «Глухота и визуальное перечисление: не все аспекты внимания изменяются глухотой». Исследование мозга. 1153: 178–187. Дои:10.1016 / j.brainres.2007.03.065. ЧВК  1934506. PMID  17467671.
  24. ^ Армстронг, BA; Neville, H.J .; Hillyard, S.A .; Митчелл, Т. В. (2002). «Слуховая депривация влияет на обработку движения, но не на цвет». Когнитивные исследования мозга. 14 (3): 422–434. Дои:10.1016 / s0926-6410 (02) 00211-2. PMID  12421665.
  25. ^ Кодина, С; Pascallis, O .; Mody, C .; Rose, J .; Gummer, L .; Buckley, P .; Туми, П. (2011). «Преимущество зрения у глухих взрослых, связанное с изменениями сетчатки». PLOS ONE. 6 (6): e20417. Bibcode:2011PLoSO ... 620417C. Дои:10.1371 / journal.pone.0020417. ЧВК  3105994. PMID  21673805.
  26. ^ Корина, Д .; Синглтон, Дж. (2009). «Социальная когнитивная нейробиология развития: понимание глухоты». Развитие ребенка. 80 (4): 952–967. Дои:10.1111 / j.1467-8624.2009.01310.x. PMID  19630887.
  27. ^ Proksch, J .; Бавелье, Д. (2002). «Изменение пространственного распределения зрительного внимания после ранней глухоты». Журнал когнитивной неврологии. 14 (5): 687–701. Дои:10.1162/08989290260138591. PMID  12167254.
  28. ^ Bavelier, D .; Краситель, М. З .; Хаузер, П. К. (2006). "Глухие видят лучше?". Тенденции в когнитивных науках. 10 (11): 512–18. Дои:10.1016 / j.tics.2006.09.006. ЧВК  2885708. PMID  17015029.
  29. ^ Doucet, ME; Bergeron, F; Лассонд, М; Феррон, П; Лепор, Ф. (2006). «Кросс-модальная реорганизация и восприятие речи у пользователей кохлеарных имплантатов». Мозг. 129 (12): 3376–83. Дои:10.1093 / мозг / awl264. PMID  17003067.
  30. ^ Жиро, А; Прайс CJm, Graham JM; Труи, Э; Frackowiak, RSJ; Frackowiak, Ричард С.Дж. (2001). «Кросс-модальная пластичность способствует восстановлению языка после кохлеарной имплантации». Нейрон. 30 (3): 657–63. Дои:10.1016 / с0896-6273 (01) 00318-х. PMID  11430800.
  31. ^ Чжан, Гуаньцзюнь; Гао, Чжилун; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Ван (2013). «Повышение активности возбуждающих нейронов и подавление тормозных нейронов в бочкообразной коре связано с потерей входных сигналов усов». Молекулярный мозг. 6 (2): 1–11. Дои:10.1186/1756-6606-6-2. ЧВК  3548736. PMID  23286328.
  32. ^ Йе, Бинг; Хуанг, Ли; Гао, Цзилун; Чен, Пинг; Ни, Хонг; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Цзинь-Хуэй (2012). «Функциональная регуляция грушевидной коры связана с кросс-модальной пластичностью при потере тактильных входов усов». PLOS ONE. 7 (8): e41986. Bibcode:2012PLoSO ... 741986Y. Дои:10.1371 / journal.pone.0041986. ЧВК  3424151. PMID  22927919.
  33. ^ Повышение регуляции стволовых ГАМКергических нейронов связано с кросс-модальной пластичностью обонятельной депривации>Ни, Хонг; Хуанг, Ли; Чен, На; Лю, Дунбо; Чжан, Фэнъюй; Ге, Мин; Гуань, Судонг; Чжу, Ян; Цзинь-Хуэй, Цзинь-Хуэй (2010). «Повышение регуляции стволовых ГАМКергических нейронов связано с кросс-модальной пластичностью обонятельного дефицита». PLOS ONE. 5 (10): e13736. Bibcode:2010PLoSO ... 513736N. Дои:10.1371 / journal.pone.0013736. ЧВК  2966404. PMID  21060832.