«Когда мы спим, в мозге происходят сложные процессы», — говорит доктор Каролина Армонайте, нейробиолог из Каунасского технологического университета, Литва. По её словам, более точное понимание того, что происходит в различных областях коры головного мозга во время сна, может помочь в более точной диагностике нарушений сна и неврологических заболеваний.
«Шизофрения, например, характеризуется нарушением синхронизации между различными областями мозга, в то время как болезнь Альцгеймера часто начинается с едва заметных функциональных изменений в одной из областей коры головного мозга, ещё до появления симптомов», — говорит Армонайте, объясняя важность исследований, направленных на дифференциацию функциональных областей коры головного мозга.
Функциональное разделение коры головного мозга было предметом исследования Армонайте во время её обучения в аспирантуре Университета Удинето в Италии.
«Кора головного мозга неоднородна, и разные её области могут вести себя по-разному в зависимости от того, бодрствует ли человек, спит или находится в состоянии перехода между этими фазами. Моё исследование было направлено на то, чтобы определить, можно ли выделить области коры головного мозга, основываясь исключительно на их электрической активности, не только в отсутствие внешних раздражителей, но и во время разных фаз сна», — объясняет исследователь с факультета математики и естественных наук Карлова университета.
По её словам, более глубокое понимание того, как работает мозг даже в состоянии покоя, важно для диагностики и профилактики как неврологических расстройств, так и нарушений сна.
Картирование коры головного мозга: мост между наукой и клинической практикой
Исследования по разделению коры головного мозга на участки начались в начале XXго века, когда немецкий нейробиолог Корбиниан Бродман выделил 52 отдельные области коры головного мозга человека, известные как поля Бродмана. Эта карта коры головного мозга до сих пор широко используется как в клинической практике, так и в нейробиологических исследованиях.
По словам доктора Армонайте, различие между корой головного мозга и другими его структурами позволяет связать определённые области с конкретными функциями, такими как зрение, речь, двигательные навыки или долговременная память. Знание того, какие области отвечают за определённые поведенческие или сенсорные аспекты, может помочь лучше понять, как различные неврологические расстройства влияют на эти функции.
«Например, болезнь Паркинсона часто связана с дегенерацией чёрной субстанции — структуры в глубине мозга, отвечающей за контроль движений. Повреждение этой области приводит к типичным симптомам заболевания, таким как тремор или замедленность движений», — говорит исследователь.
Она объясняет, что точное определение поражённого участка мозга позволяет планировать целенаправленные вмешательства, такие как нейростимуляция, которая успешно применяется для уменьшения симптомов заболевания. «Другой пример — определение очага эпилепсии. Знание того, какая область мозга вызывает приступы и какие функции она выполняет, позволяет врачам более точно планировать вмешательство по удалению очага и оценивать потенциальные риски и последствия для пациента», — говорит исследовательница с факультета математики и естественных наук Технического университета Копенгагена.
Она объясняет, что различие между участками мозга важно для создания моделей мозговой активности, для изучения влияния психических заболеваний на разные участки мозга, а также для понимания того, почему при определённых повреждениях возникают те или иные симптомы.
«Кроме того, интерфейсы «мозг — компьютер» также основаны на точной локализации нейронной активности», — говорит Армонайте.
Обнаружены уникальные вычислительные методы
В исследовании, проведённом в Каунасском технологическом университете, были проанализированы записи внутричерепной электроэнцефалограммы (вЭЭГ) 55 пациентов. «Эти сигналы поступают непосредственно из мозга, а не с поверхности головы. Такие данные крайне редки, поскольку их собирают только во время нейрохирургических вмешательств, как правило, при лекарственно-устойчивой эпилепсии», — объясняет доктор Армонайте.
Чтобы понять, по-разному ли разные области коры головного мозга передают информацию и почему, она начала с анализа нейрофизиологических сигналов из наиболее изученных областей — сенсорной, моторной и слуховой.
«Мы часто слышим о нейродегенеративных заболеваниях и о поиске их биомаркеров для ранней диагностики. Но больше всего меня интересовал вопрос: как функционирует здоровый мозг? И можем ли мы обнаружить маркеры его активности в состоянии покоя? Ведь даже при отсутствии внешних раздражителей мозг остается активным. Это не просто хаотичный шум, а закодированная информация в электрических сигналах, передаваемых между нейронами», — говорит Армонайте.
Исследование привело к открытию вычислительных методов, которые, по словам учёного из Карлсруэ, позволяют точнее разделить кору головного мозга на участки в соответствии с электрической активностью различных областей.
«Теперь было бы интересно пойти ещё дальше — например, создать модели активности мозга, основанные на определённых характеристиках этих областей, и использовать их для выявления самых ранних отклонений, таких как зарождающиеся нейродегенеративные процессы. Кроме того, можно было бы сравнить маркеры здоровых участков коры головного мозга, наблюдаемые во время сна, с данными пациентов с нарушениями сна», — говорит Армонайте.
Клинический потенциал в диагностике нарушений сна и нейродегенеративных заболеваний
Хотя у этого исследования пока нет прямого клинического применения, оно открывает множество теоретических возможностей, говорит нейробиолог из Каунасского технологического университета. Например, дальнейшие исследования могут привести к созданию цифровых моделей участков коры головного мозга, их цифровых двойников. Зная структуру клеток, их взаимодействие и электрические параметры, можно будет смоделировать реакцию такого участка, например, на электростимуляцию. «В конечном итоге это может способствовать разработке персонализированных методов лечения неврологических заболеваний», — говорит Армонайте.
По её словам, одним из практических применений исследований мозга человека в состоянии покоя может стать диагностика нарушений сна. Хотя большинство методов оценивают сон довольно обобщённо, детальное изучение активности участков коры головного мозга может помочь точнее определить, какие участки мозга функционируют иначе и почему.
«Это важно, потому что сон, хотя и может казаться пассивным состоянием, на самом деле является очень динамичным процессом, включающим в себя консолидацию информации, метаболическую очистку и реорганизацию синапсов», — объясняет исследователь. «Незначительные изменения в нейронной активности во время сна также могут указывать на начало нейродегенеративных процессов».
По её словам, если мы знаем, как должна вести себя здоровая кора головного мозга в различных состояниях или при выполнении функциональных задач, мы можем искать отклонения от этой нормы, что поможет нам выявить заболевание до появления явных симптомов. Помимо ранней диагностики и профилактики, это также будет способствовать более глубокому пониманию механизма развития самих заболеваний.
Источник:
Каунасский технологический университет (КТУ)
Ссылка на журнал:
Армонайте, К., и др. (2025). Анализ степенного закона в локальной нейродинамике коры головного мозга. Physica D: Нелинейные явления. doi.org/10.1016/j.physd.2025.134733.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся