«Самым неожиданным аспектом наших результатов было то, что повреждение центров серого вещества мозга, которые действительно связаны с другими регионами, на самом деле мало что говорит нам о том, насколько плохо люди будут выполнять когнитивные тесты после повреждения мозга. С другой стороны, люди с повреждением наиболее плотных соединений белого вещества справились с этими тестами намного хуже », – объясняет Джастин Ребер, доктор философии, научный сотрудник по психологии и первый автор исследования. "Это важно, потому что и ученые, и врачи часто сосредотачиваются почти исключительно на роли серого вещества. Это исследование является напоминанием о том, что связи между областями мозга могут иметь такое же значение, как и сами эти области, если не больше."
Новое исследование, опубликованное в PNAS, анализирует сканирование мозга и тесты когнитивных функций более чем 500 человек с локализованными областями повреждения мозга, вызванными инсультами или другими формами черепно-мозговых травм. Глядя на место повреждения головного мозга, также известного как поражения, команда UI во главе с Ребером и Аароном Боэс, доктором медицины, коррелировала уровень взаимосвязанности поврежденных областей с уровнем когнитивных нарушений, которые испытывал пациент. Полученные данные свидетельствуют о том, что повреждение тесно связанных областей белого вещества более предсказывает когнитивные нарушения, чем повреждение тесно связанных узлов серого вещества.
Сетевые концентраторы и функции мозга
Исследования познания часто фокусируются на сетях внутри мозга и на том, как разные конфигурации сетей влияют на разные аспекты познания. Были разработаны различные математические модели для измерения связности сетей и определения узловых точек или сильно связанных областей мозга, которые, по-видимому, важны для координации обработки в сетях мозга.
Команда пользовательского интерфейса использовала эти общепринятые математические модели для определения местоположения центров в сером и белом веществе по изображениям мозга нормальных здоровых людей.
Затем исследователи использовали сканирование мозга пациентов с поражениями головного мозга, чтобы найти случаи, когда области повреждения совпадали с центрами поражения. Используя данные нескольких когнитивных тестов для этих пациентов, они также смогли измерить влияние повреждения концентратора на когнитивные результаты.
Удивительно, но повреждение узлов серого вещества с высокой степенью связи не имело прочной связи с плохими когнитивными результатами. Напротив, повреждение узлов плотного белого вещества было тесно связано с нарушением когнитивных функций.
"Мозг – это не пустой холст, на котором все области эквивалентны; небольшое поражение в одной области мозга может иметь очень минимальное влияние на познание, тогда как другое может иметь огромное влияние. Эти результаты могут помочь нам лучше предсказать, основываясь на месте повреждения, какие пациенты подвержены риску когнитивных нарушений после инсульта или другой травмы головного мозга », – говорит Боес, профессор педиатрии, неврологии и психиатрии, а также член Институт неврологии Айовы. "Об этом лучше знать заранее, так как это дает пациентам и членам семьи более реалистичный прогноз и помогает более эффективно проводить реабилитацию."
Реестр пользовательского интерфейса – уникальный ресурс для нейробиологов
Важно отметить, что новые результаты были основаны на данных от более чем 500 отдельных пациентов, что является большим числом по сравнению с предыдущими исследованиями и предполагает, что результаты являются надежными. Данные поступили из двух реестров; один из Вашингтонского университета в Св. Louis, который предоставил данные о 102 пациентах, и Неврологический реестр Айовы, основанный на UI, который предоставил данные от 402 пациентов.
Регистру штата Айова более 40 лет, и он является одним из наиболее хорошо охарактеризованных регистров пациентов в мире, в нем содержится около 1000 субъектов с хорошо охарактеризованными познаниями, полученными на основе нескольких часов нейропсихологических тестов с бумагой и карандашом, а также подробных изображений мозга для картирования поражений головного мозга. Реестр ведется Дэниелом Транелом, доктором философии, профессором неврологии и одним из авторов исследования.
Ребер отмечает, что исследование также демонстрирует ценность работы с клиническими пациентами, а также со здоровыми людьми с точки зрения понимания взаимосвязи между структурой и функцией мозга.
«Существует множество действительно отличных исследований с использованием функциональной визуализации мозга со здоровыми участниками или компьютерного моделирования, которые говорят нам, что эти центры серого вещества имеют решающее значение для работы мозга, и что вы можете использовать их, чтобы предсказать, насколько хорошо здоровые люди будут выполнять когнитивные тесты.
Но когда мы смотрим на то, как инсульт и другие повреждения мозга на самом деле влияют на людей, оказывается, что по повреждению белого вещества можно предсказать гораздо больше », – говорит он. "Исследования людей, переживших инсульт или другое повреждение головного мозга, беспорядочны, сложны и абсолютно необходимы, потому что они наводят мост между фундаментальной научной теорией и клинической практикой и могут улучшить и то, и другое.
Я не могу не подчеркнуть, насколько мы благодарны за то, что эти пациенты добровольно потратили свое время, чтобы помочь нам; без них многие важные исследования были бы невозможны », – добавляет он.