Сенсорная депривация как модель реализации компенсаторных ресурсов мозга: обзор зарубежных исследований ⁴⁰⁹

Понятия «когнитивные» или «компенсаторные резервы мозга» предложены для объяснения широкого индивидуального разнообразия в изменениях когнитивных функций при старении и используются для изучения адаптивной реорганизации нейронных систем мозга при нарушении его функций вследствие разнообразных патологических процессов, в том числе – депривации зрительной или слуховой информации. Развитие томографических методов оценки объема и функциональной активности отдельных структур мозга позволило получить новые сведения о механизмах нейропластичности, обусловленной сенсорной депривацией. В литературном обзоре приведены данные, свидетельствующие о кросс-модальном развитии структур мозга для обеспечения процессов восприятия и обработки стимулов внешней среды на основе компенсаторного замещении отсутствующей сенсорной функции и возможного повышения эффективности деятельности сохранных анализаторных систем. Описанные закономерности формирования и стимуляции компенсаторных резервов важны для понимания фундаментальных основ деятельности мозга, а с практической точки зрения — для совершенствования программ обучения или разработки способов коррекции негативных эффектов старения мозга или его повреждения.

Ключевые слова: сенсорная депривация, компенсаторные резервы, нарушения зрения, нарушения слуха, нейропластичность, кросс-модальная реорганизация сенсорных систем

Рубрика: Нейронауки

Тип: обзорная статья

DOI: https://doi.org/10.17759/jmfp.2020090205

1. A novel paradigm to study spatial memory skills in blind individuals through the auditory modality / W. Setti [et al.] // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. Article ID 13393. 10 p. DOI:10.1038/s41598-018-31588-y
2. Anatomical and functional MRI changes after one year of auditory rehabilitation with hearing aids / M.R. Pereira-Jorge [et al.] // Neural Plasticity. 2018. Vol. 2018. Article ID 9303674. 13 p. DOI:10.1155/2018/9303674
3. Atilgan H., Collignon O., Hasson U. Structural neuroplasticity of the superior temporal plane in early and late blindness // Brain and Language. 2017. Vol. 170. P. 71–81. DOI:10.1016/j.bandl.2017.03.008
4. Baddeley A. Working memory [Электронный ресурс] // Current Biology. 2010. Vol. 20. № 4. P. 136–140. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982209021332 (дата обращения: 20.05.2020).
5. Behavioral semantics of learning and crossmodal processing in auditory cortex: the semantic processor concept / H. Scheich [et al.] // Hearing Research. 2011. Vol. 271. № 1–2. P. 3–15. DOI:10.1016/j.heares.2010.10.006
6. Bubic A., Striem-Amit E., Amedi A. Large-scale brain plasticity following blindness and the use of sensory substitution devices // Multisensory Object Perception in the Primate Brain / Eds. M.J. Naumer, J. Kaiser. New York: Springer, 2010. P. 351–380. DOI:10.1007/978-1-4419-5615-6_18
7. Calvert G.A., Campbell R., Brammer M.J. Evidence from functional magnetic resonance imaging of crossmodal binding in the human heteromodal cortex // Current Biology. 2000. Vol. 10. № 11. P. 649–657. DOI:10.1016/S0960-9822(00)00513-3
8. Cardon G., Sharma A. Somatosensory cross-modal reorganization in adults with age-related, early-stage hearing loss // Frontiers in Human Neuroscience. 2018. Vol. 12. Article ID 172. 11 p. DOI:10.3389/fnhum.2018.00172
9. Crossmodal plasticity in sensory loss / J. Frasnelli [et al.] // Progress in Brain Research. 2011. Vol. 191. P. 233–249. DOI:10.1016/B978-0-444-53752-2.00002-3
10. Dewey R.S, Hartley D.E. Cortical cross-modal plasticity following deafness measured using functional near-infrared spectroscopy // Hearing Research. 2015. Vol. 325. P. 55–63. DOI:10.1016/j.heares.2015.03.007
11. Emotional and behaviour difficulties in teenagers with permanent childhood hearing loss / J. Stevenson [et al.] // International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology. 2017. Vol. 101. P. 186–195. DOI:10.1016/j.ijporl.2017.07.031
12. Fuchs E., Flügge G. Adult neuroplasticity: More than 40 years of research // Neural Plasticity. 2014. Vol. 2014. Article ID 541870. 10 p. DOI:10.1155/2014/541870
13. Heimler B., Weisz N., Collignon O. Revisiting the adaptive and maladaptive effects of crossmodal plasticity // Neuroscience. 2014. Vol. 283. P. 44–63. DOI:10.1016/j.neuroscience.2014.08.003
14. Henscke J., Ohl F., Budinger E. Crossmodal connections of primary sensory cortices largely vanish during normal aging // Aging Neuroscience. 2018. Vol. 10. Article ID 52. 14 p. DOI:10.3389/fnagi.2018.00052
15. Hirsch G.V., Bauer C.M., Merabet L.B. Using structural and functional brain imaging to uncover how the brain adapts to blindness // Annals of neuroscience and psychology. 2015. Vol. 2:5. 20 p. DOI:10.7243/2055-3447-2-7
16. Impact of blindness onset on the functional organization and the connectivity of the occipital cortex / O. Collignon [et al.] // Brain. 2013. Vol. 136. № 9. P. 2769–2783. DOI:10.1093/brain/awt176
17. Karns C.M., Dow M.W., Neville H.J. Altered cross-modal processing in the primary auditory cortex of congenitally deaf adults: A visual-somatosensory fMRI study with a double-flash illusion // Journal of Neuroscience. 2012. Vol. 32. № 28. P. 9626–9638. DOI:10.1523/JNEUROSCI.6488-11.2012
18. King A.J. Crossmodal plasticity and hearing capabilities following blindness // Cell and Tissue Research. 2015. Vol. 361. № 1. P. 295–300. DOI:10.1007/s00441-015-2175-y
19. Language and sensory neural plasticity in the superior temporal cortex of the deaf / M. Que [et al.] // Neural Plasticity. 2018. Vol. 2018. Article ID 9456891. 17 p. DOI:10.1155/2018/9456891
20. Lazzouni L., Lepore F. Compensatory plasticity: time matters // Frontiers in Human Neuroscience. 2014. Vol. 8. Article ID 340. 11 p. DOI:10.3389/fnhum.2014.00340
21. Mapping visual cortex in monkeys and humans using surface-based atlases / D.C. Van Essen [et al.] // Vision Research. 2001. Vol. 41. № 10–11. P. 1359–1378. DOI:10.1016/S0042-6989(01)00045-1
22. Merabet L.B., Pascual-Leone A. Neural reorganization following sensory Loss: The opportunity of change // Nature Reviews Neuroscience. 2010. Vol. 11. № 1. P. 44–52. DOI:10.1038/nrn2758
23. Multimodal MR-imaging reveals large-scale structural and functional connectivity changes in profound early blindness / C.M. Bauer [et al.] // PLoS One. 2017. Vol. 12. № 3. 26 p. DOI:10.1371/journal.pone.0173064
24. Neuroimaging with near-infrared spectroscopy demonstrates speech-evoked activity in the auditory cortex of deaf children following cochlear implantation / A.B.G. Sevy [et al.] // Hearing research. 2010. Vol. 270. № 1–2. P. 39–47. DOI:10.1016/j.heares.2010.09.010
25. Neuronal populations in the occipital cortex of the blind synchronize to the temporal dynamics of speech / M.J. Van Ackeren [et al.] // ELife. 2018. Vol. 7. 20 p. DOI:10.7554/eLife.31640
26. Neuroplasticity associated with tactile language communication in a deaf-blind subject / S. Obretenova [et al.] // Frontiers in Human Neuroscience. 2009. Vol. 3. Article ID 60. 14 p. DOI:10.3389/neuro.09.060.2009
27. Plastic reorganization of neural systems for perception of others in the congenitally blind / S.L. Fairhall [et al.] // NeuroImage. 2017. Vol. 158. P. 126–135. DOI:10.1016/j.neuroimage.2017.06.057
28. Predicting reading ability in teenagers who are deaf or hard of hearing: A longitudinal analysis of language and reading / S. Worsfold [et al.] // Research in Developmental Disabilities. 2018. Vol. 77. P. 49–59. DOI:10.1016/j.ridd.2018.04.007
29. Reduction of Interhemispheric functional brain connectivity in early blindness: A resting-state fMRI Study / F. Hou [et al.] // BioMed Research International. 2017. Vol. 2017. Article ID 6756927. 8 p. DOI:10.1155/2017/6756927
30. Shape perception and navigation in blind adults / M. Gori [et al.] // Frontiers in Psychology. 2017. Vol. 8. Article ID 10. 12 p. DOI:10.3389/fpsyg.2017.00010
31. State-dependent modulation of functional connectivity in early blind individuals / M. Pelland [et al.] // NeuroImage. 2017. Vol. 147. P. 532–541. DOI:10.1016/j.neuroimage.2016.12.053
32. Stern Y. Cognitive reserve [Электронный ресурс] // Neuropsychologia. 2009. Vol. 47. № 10. P. 2015–2028. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0028393209001237 (дата обращения: 20.05.2020).
33. Stern Y. Cognitive reserve: Implications for assessment and intervention // Folia phoniatrica et logopaedica. 2013. Vol. 65. № 2. P. 49–54. DOI:10.1159/000353443
34. Stiles N.R.B., Shimojo S. Sensory substitution: A new perceptual experience // The Oxford Handbook of Perceptual Organization / Ed. J. Wagemans. USA: Oxford University Press, 2015. P. 655–672. DOI:10.1093/oxfordhb/9780199686858.013.050
35. Szwed M., Bola L., Zimmermann M. Whether the hearing brain hears it or the deaf brain sees it, it’s just the same // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. P. 114. № 31. P. 8135–8137. DOI:10.1073/pnas.1710492114
36. Tactile-sight: A sensory substitution device based on distance-related vibrotactile flow / L. Cancar [et al.] // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2013. Vol. 10. № 6. 11 p. DOI:10.5772/56235
37. Vasile C. Cognitive reserve and cortical plasticity // Procedia – Social and Behavioral Sciences. 2013. Vol. 78. P. 601–604. DOI:10.1016/j.sbspro.2013.04.359
38. Visual activity predicts auditory recovery from deafness after adult cochlear implantation / K. Strelnikov [et al.] // Brain. 2013. Vol. 136. № 12. P. 3682–3695. DOI:10.1093/brain/awt274
39. Voss P. Brain (re)organization following visual loss // WIREs Cogn Sci. 2019. Vol. 10. № 1. 12 p. DOI:10.1002/wcs.1468
40. Zhou X., Merzenich M.M. Developmentally degraded cortical temporal processing restored by training // Nature Neuroscience. 2009. Vol. 12. № 1. P. 26–28. DOI:10.1038/nn.2239