Наш мозок насправді не може “перепрограмувати” себе, кажуть нейробіологи

Надзвичайна здатність мозку відновлюватись після інсульту, ампутації, раптової втрати зору чи слуху була неодноразово доведена в дослідженнях протягом десятиліть. Принаймні, ми всі так думали.

Тепер, пишучи в eLife, двоє нейробіологів – Тамар Макін і Джон Кракауер – стверджують, що найвпливовіші експерименти в цій галузі не дають переконливих доказів того, що мозок може функціонально реорганізуватися.

“Ідея про те, що наш мозок має дивовижну здатність до перепрограмування та реорганізації, є привабливою. Вона дає нам надію і зачаровує, особливо коли ми чуємо надзвичайні історії”, – каже Кракауер з Університету Джона Гопкінса.

“Ця ідея виходить за рамки простої адаптації чи пластичності – вона передбачає масове перепрофілювання ділянок мозку. Але хоча ці історії цілком можуть бути правдою, пояснення того, що відбувається, насправді є неправильним”.

На їхню думку, жодне з ключових досліджень не відповідає найсуворішому визначенню когнітивної реорганізації, коли частина мозку, зазвичай призначена для одного типу обчислень, стає здатною до зовсім іншого типу пізнання, позначеного зміною функцій або поведінки.

“Ми дійшли висновку, що жодне з розглянутих нами канонічних досліджень переконливо не відповідає цим критеріям”, – пишуть вони.

Макін – професор когнітивної нейронауки в Кембриджському університеті, і її дослідження зосереджені на межах нейропластичності у дорослих з різними можливостями, таких як люди з протезами кінцівок.

Разом Макін і Кракауер, яка цікавиться реабілітацією після інсульту, на власні очі побачили “дивовижні і вражаючі поведінкові зміни”, які можуть відбутися після “неврологічних травм, таких як вроджена сліпота, глухота, ампутація кінцівок та інсульт”.

Яскравим прикладом очевидної когнітивної перебудови є дослідження новонароджених тхорів, опубліковане в 2000 році.

У цьому експерименті нейронні входи від очей тхорів були хірургічно під’єднані до слухової кори головного мозку замість зорової. Незважаючи на цю плутанину, тхори мали певний зір у подальшому дослідженні. Слухові нейрони реорганізувалися, щоб виконувати нову функцію.

“Але чи це справжня реорганізація…?” – запитують Макін і Кракауер. Тип обробки, що відбувається у зоровій корі, може бути подібним до того, що відбувається у слуховій корі, а це означає, що ця хірургічна перебудова проводки насправді не змушує мозок змінювати свої функції.

Якби той самий вхідний сигнал був доставлений до частини мозку, що відповідає за зовсім інші процеси, наприклад, до префронтальної кори, результати могли б бути набагато менш вражаючими.

Коли учасник дослідження дивовижним чином відновлює когнітивні функції, які вважалися втраченими через травму або порушення, цілком ймовірно, що мозок додає обчислювальну потужність, спираючись на нейронні зв’язки або функції, які раніше існували, але були дуже тихими або недостатньо використовувалися, стверджують автори.

Наприклад, коли миша все ще здатна рухати вусом навіть після того, як нерви, що з’єднують цей вус, були перерізані, цілком ймовірно, що нерви на сусідніх вусах завжди були налаштовані на пошкоджений вус, стверджують автори дослідження. Ніякого перемонтажу не потрібно!

Аналогічно, коли новонародженим кошенятам тимчасово зашивали одне око, це посилювало активне око і послаблювало недоступне, що призводило до появи “дуже незграбних кошенят”, коли друге око відкривалося.

Однак це не свідчить про реорганізацію мозку. Цілком ймовірно, що нейрони спочатку чутливі до сигналів від обох очей, і “посилення” просто збільшується, коли одне око недоступне.

Якщо здається, що частина мозку робить щось, чого вона ніколи раніше не робила, це може бути просто ілюзією, спричиненою тим, що ми не знали, що мозок має таку додаткову здатність, – припускають автори дослідження.

Дослідники також сумніваються, що мозок “забирає” нейрони, які не використовуються, і “перепрошиває” їх для виконання інших функцій.

Наприклад, діти з вродженою катарактою (які народжуються сліпими) можуть одразу ж відновити зір після операції.

“Якщо зорова кора перепризначена для підтримки нових функцій, то з цього випливає, що відновлення зорового входу буде марним (або, принаймні, вимагатиме суттєвої зворотної реорганізації)”, – пишуть автори.

“Але це не так. Діти не тільки відразу здатні сприймати певну візуальну інформацію, але й виявляють сприйнятливість до зорових ілюзій”.

Хоча мозок є більш взаємопов’язаним і “розмитим”, ніж ми собі уявляємо, Макін і Кракауер стверджують, що різні частини мозку призначені для виконання певних функцій, і неможливо відхилитися від цієї базової “архітектури” або “плану”, навіть на ранньому етапі розвитку.

“Багато разів здатність мозку до перепрограмування описували як “чудодійну” – але ми вчені, ми не віримо в магію”, – каже Макін.

“Ці дивовижні форми поведінки, які ми спостерігаємо, ґрунтуються на наполегливій праці, повторенні та тренуваннях, а не на магічному перерозподілі ресурсів мозку”.

Цю статтю було опубліковано в eLife..