Восстановление деятельности мозга: активность, а не отдых, может ускорить восстановление после травмы головного мозга

Согласно результатам нового исследования на мышах, восстановление после черепно-мозговой травмы может оказаться более эффективным, чем длительный период отдыха. Эти результаты – убедительный пример замечательной способности мозга адаптироваться в ответ на травму. Они также указывают на новые стратегии лечения, ориентированные на возможность привести к более быстрому и более полному восстановлению пациентов, которые хотят восстановить подвижность после повреждения головного мозга или инсульта.

Это исследование было опубликовано вчера в журнале Nature .

«Длительные периоды отдыха должны быть ключевыми для восстановления мозговой деятельности. Однако, наше исследование на мышах демонстрирует, что повторное вовлечение мозга сразу же после травмы может быть более полезным, чем отдых, – это совершенно неожиданное наблюдение», – сказал Рэнди Бруно, доктор философии, старший автор исследования и главный исследователь Колумбийского института им. Мортимера Б. Цукермана. «Хотя эти результаты подчеркивают сложность мозга, характер которого мы только начинаем узнавать, они открывают новый путь к исследованиям и более эффективной реабилитации после серьезных травм головного мозга».

Сегодняшнее исследование знаменует собой важный шаг в многолетней работе исследовательской группы по разгадке работы коры головного мозга. Кора головного мозга является самой большой областью мозга млекопитающих и играет ключевую роль во многих функциях: от зрения и запаха до движения и памяти. Исследователи сосредоточились на части коры головного мозга мышей, называемой корой ствола, которая считается критичной для восприятия и анализа сигналов в то время, когда мышь перемещает свои усы на объекты исследуя их.

«Мыши используют усы, чтобы ощутить окружение, как мы используем наши пальцы», – говорит У. Кейт Хун, доктор философии, сотрудник в лаборатории Бруно и первый автор статьи.

Исследователи помещали мышей в темный ящик и обучили их искать ближайший объект усами. Когда мыши обнаруживали объект, они тянули рычаг лапой, чтобы получить воду в качестве награды. Данная задача обнаружения почти полностью зависит от функционирующей сенсорной коры – в данном случае – коры ствола.

Чтобы подтвердить это, исследователи использовали лазерный свет, чтобы временно отключить клетки ствола-коры, популярный метод, известный как оптогенетика. Как и ожидалось, животным было трудно исследовать, пока клетки были отключены. И когда команда затем окончательно удалила кору ствола, животные не смогли выполнить задачу на следующий день.

Но на второй день животные внезапно оправились до первоначального уровня. «Это стало огромным сюрпризом, поскольку мы предположили, что тактильное ощущение, такое как прикосновение усами, может не полностью опираться на кору», – сказал д-р Хонг. «Эти данные бросают вызов общепринятому, кортиментному взгляду на то, как мозг управляет ощущением восприятия».

Исследователи подозревают, что другие, более примитивные области мозга могут быть вовлечены в большей степени, чем было ранее известно, – гипотеза, которую в настоящее время проверяет группа.

«Вместо того, чтобы ограничиваться одним конкретным отделом мозга, сенсорная информация распределяется во многих областях», – сказал д-р Хонг. «Это позволяет мозгу решать проблемы более чем одним способом и может служить для защиты мозга в случае травмы».

Но чтобы оправиться, животные просто нуждались в отдыхе, или же им нужно было снова дать задачу? Чтобы узнать об этом, команда провела еще один ряд экспериментов с одним ключевым отличием: они позволили мышам отдохнуть в течение трех дней, прежде чем повторно использовать их.

На этот раз мыши показали неполную реабилитацию. Они восстанавливались медленнее, чем первый набор мышей. Ключ к быстрому выздоровлению, похоже, заключался в повторном подключении к задаче на раннем этапе – а не в течение времени.

Что касается того, почему все мыши работают так плохо в течение первых 24 часов, независимо от того, что они делают? Причина может заключаться в нарушении, которое только что испытал мозг.

«Кора головного мозга соединяется почти со всеми другими структурами мозга.  Манипулирование ею может временно нарушить связанные структуры по сути, шокируя те области, которые работают нормально”, – сказал д-р Бруно. «Возможно, эта внезапная и кратковременная потеря в ощущениях связана с этим первоначальным нарушением способности животных, а не из-за потери какой-либо информации, хранящейся в самой коре ствола».

Доктор Бруно и его команда предупреждают, что их исследования на грызунах нельзя применять непосредственно к людям. Но они надеются, что их результаты будут дополнительно изучены неврологами, которые хотят улучшить период восстановления своих пациентов.

«Восстановление простых задач – ходьба, хватание – может длиться долго», – сказал д-р Бруно. «Наши результаты показывают, что, возможно, в некоторых случаях пациенты могут начать реабилитацию намного раньше, чтобы ускорить выздоровление».

Источник:

Материалы, предоставленные Институтом Цукермана в Колумбийском университете . Примечание. Содержимое может быть отредактировано для стиля и длины.


  1. Journal Reference:
    1. Y. Kate Hong, Clay O. Lacefield, Chris C. Rodgers, Randy M. Bruno. Sensation, movement and learning in the absence of barrel cortexNature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0527-y

The Zuckerman Institute at Columbia University. “Brain recovery: Activity, not rest, may speed recovery after brain injury.” ScienceDaily. ScienceDaily, 17 September 2018. <www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180917111622.htm>.