Введение
Под нейропластичностью понимается способность центральной нервной системы (ЦНС) адаптироваться к изменениям в процессе развития или при повреждениях [1]. На системном уровне это проявляется способностью вырабатывать новые стратегии, создавать новые связи или менять выраженность уже существующих связей между различными отделами головного мозга при выполнении тех или иных задач, на клеточном – изменять функциональные и структурные свойства клеточных мембран, синапсов, дендритов и аксонов. В последнее время в этом процессе придается значение и глиальным элементам [2].
Понимание этих механизмов позволяет разрабатывать более рациональные и эффективные стратегии нейрореабилитационных мероприятий [1, 3]. При этом процессы нейропластичности не ограничиваются корой головного мозга, они вовлекают и субкортикальные структуры [1].
В частности, процессы нейропластичности служат крайне важным механизмом восстановления после перенесенного инсульта. В немалой степени это связано с социальной значимостью проблемы, ведь инсульт является одной из наиболее частых причин инвалидизации, причем прогнозируется, что с 2000 по 2025 г. в европейских странах частота его увеличится более чем на треть [4].
Однако конечный итог нейропластических изменений может носить различный характер [1, 5]. Он может быть благоприятным для организма (адаптивная пластичность), никак не влиять на организм либо даже иметь негативный результат (мальадаптивная нейропластичность).
Нейропластичность и постинсультный двигательный дефект
Спонтанное восстановление в течение первых недель после перенесенного инсульта, как считается, связано с несколькими процессами, включающими восстановление в области пенумбры и в зонах диашиза (особенно в удаленных, но функционально связанных с очагом повреждения в областях), поведенческую компенсацию, а также «передачу» функций другим (неповрежденным) зонам головного мозга, включая противоположное пораженному полушарие головного мозга [3].
Активация гомотопных зон «здорового» полушария, связанная в т.ч. и с формированием новых синапсов, казалось бы, усиливает способность непораженных конечностей к приобретению новых навыков/компенсации имеющегося дефекта [6]. В практической деятельности при проведении реабилитационных мероприятий обычно на этом фокусируется особое внимание, подчеркивается необходимость как можно более раннего использования непораженных конечностей. Однако все обстоит не так однозначно.
Во-первых, подобная компенсация может приводить к обучению в виде «неиспользования» пораженных, паретичных, конечностей в практической деятельности, в быту [6, 7]. Причем преимущественное использование непораженных конечностей может возникать даже при небольшой выраженности пареза в конечностях пораженных. Активация «здорового» (непораженного) полушария головного мозга хотя и облегчает процесс восстановления утраченных функций, однако возникающий в итоге центральный паттерн двигательной активности носит отличный от нормального паттерна характер [5]. Кроме того, наличие этого патологического паттерна начинает замедлять или делает невозможным последующий возврат к нормальному двигательному паттерну.
Во-вторых, возникновение чрезмерно усиленной активности «здорового» полушария через механизмы межполушарного ингибирования может приводить к ингибированию (подавлению) активности пораженного полушария, особенно клеточных элементов в периинфарктной зоне, что было показано как в эксперименте, так и при изучении постинсультных процессов у человека [6, 7]. Результатом служит менее успешное восстановление утраченных двигательных функций. Следует заметить, что мальадаптивная значимость механизма трансколлозального ингибирования зависит и от степени пареза – она более значительна при менее выраженном (иными словами, лучше восстанавливающемся) парезе [8]. Имеются данные, свидетельствующие о том, что ингибирование с помощью транскраниальной магнитной стимуляции дорсальной премоторной коры «здорового» полушария приводит к лучшему восстановлению утраченных вследствие инсульта двигательных функций в паретичной руке [9]. Однако и сама по себе чрезмерная и ранняя активация пораженных конечностей может приводить к увеличению зоны инфаркта [6].
При этом в литературе как одно из объяснений мальадаптивного влияния тренинга непораженных конечностей на восстановление утраченных после инсульта функций рассматривается и то, что примерно 5–10% волокон, входящих в состав кортико-спинального тракта, перекреста не совершают и проходят ипсилатерально [6, 10]. Впрочем, отмечается, что не менее 30% аксонов, составляющих кортико-спинальный тракт, у некоторых людей перекреста не совершают [10]. Помимо непосредственных (прямых) окончаний кортикоспинальных нейронов на ипсилатеральной (соименной) стороне следует учитывать и опосредованные влияния (на соименную сторону тела), которое осуществляется через релейные нейроны ствола головного и спинного мозга [10].
В связи с этим следует заметить, что вариации в строении кортикоспинального тракта не такая уж редкость и служат предметом детальных анатомических исследований [11]. Полный перекрест левого кортикоспинального тракта встречается в 6 раз чаще, чем полный перекрест правого кортикоспинального тракта [11]. Поэтому и получается, что правая сторона спинного мозга, по крайней мере на шейном уровне, получает большее число волокон, идущих от корковых нейронов обоих полушарий головного мозга, чем левая сторона спинного мозга [11]. Связей с доминирующей рукой в этом факте не усматривается [11], а вот связано или нет это с мальадаптивной нейропластичностью, остается неясным.
Мультисенсорная интеграция: проблема кросс-модальной пластичности
Мальадаптивный эффект нейропластичности обсуждается также при сенсорных нарушениях центральной природы (в рамках концепции «кросс-модальной пластичности») [12]. Эта проблема представляется не менее (а может, и более) сложной, чем вопросы нейропластичности, ограниченные рамками двигательной системы или затрагивающие сенсомоторную интеграцию. В связи с этим следует остановиться на структурно-функциональных основах кросс-модальной нейропластичности.
Взрослый человек в норме эффективно интегрирует афферентную информацию всех сенсорных модальностей, что позволяет получать адекватное представление о пространственном окружении, положении туловища и конечностей. Различные сенсорные нейроны выявляют, преобразовывают и передают информацию о внешних стимулах для двигательной системы, а также структур, определяющих поведенческие и когнитивные функции. Подобное мультисенсорное представление обеспечивает получение «точки опоры», отражающей положение индивидуума во внешнем мире [13]. На основании полученного представления планируются действия – как вблизи, так и «на расстоянии» от данного индивидуума [13].
Организация сенсорной системы изначально носит параллельный характер, когда каждый тип сенсорной информации достигает соответствующей ему зоны первичной сенсорной коры, используя только ему присущие связи или цепочки связей, большинство, но не все из которых используют таламокортикальные пути [14]. При этом каждая из сенсорных корковых зон связана ассоциативными и/или комиссуральными связями с другими корковыми зонами [14]. Информация о происходящих вовне событиях в большинстве случаев поступает в структуры ЦНС через несколько сенсорных систем: каждая сенсорная модальность обеспечивает уникальную и обширную информацию, характеризующую происходящее событие, на основе которых вырабатывается мультисенсорная (кросс-модальная) модель [15–17].
Проведенные исследования показали, что подобная мультисенсорная перцепция и обусловленный ею ответ часто приводят к более избирательным и быстрым реакциям, чем таковая, вызванная перцепцией лишь в одной модальности [16, 17]. И даже использования афферентации двух модальностей (например, прикосновение, которое приводит к раздражению и поверхностных, и глубоких рецепторов) недостаточно: получение полного представления об окружающем требует также и слуховой, и зрительной информации [13]. Так, например, часть вентральной и дорсальной премоторной коры интегрирует тактильную, проприоцептивную, зрительную и даже слуховую афферентацию – для получения точного представления о положении конечностей, тела и об окружающих объектах [13]. Любопытно заметить, что интеграция слуховой и тактильной афферентации, как показали проведенные эксперименты, наиболее важна для получения представления о пространстве, находящемся, например, за головой индивидуума [13].
Для выработки кросс-модальной (многомодальной) афферентации необходимо наличие специализированных структур, способных оценивать каждую из сенсорных модальностей, индуцированную одним и тем же внешним воздействием, и вырабатывать комплексное представление об этом воздействии. Взрослые используют такие надмодальные (супрамодальные) формы, как представление о пространстве, времени, как приемы семантического кодирования, осуществляющие переработку и кодирование всех поступающих в ЦНС унимодальных ощущений (цвет, вес и другие «простые» свойства воздействовавших на организм объектов).
Однако процесс выработки кросс-модального представления о едином объекте как о причине возникновения афферентации в разных модальностях с их последующим аналитическим синтезом в единое целое представление не такой уж простой процесс. Чтобы ЦНС могла расценить возникшее раздражение разных рецепторов, принадлежащих к тому же к разным модальностям, необходимо, чтобы для каждого единичного афферентационного входа существовала собственная система определения координат воздействия (как пример: соматотопика или ретинотопика, что в классической неврологии и нейропсихологии довольно хорошо изучено, однако даже в этих случаях раздражения различных модальностей, например вибрация и чувство давления, могут вызывать активацию различных подотделов зоны первичной соматосенсорной коры [18]) [16]. К слову, ощущаемые звуки подобной пространственной тонотопической представленности не имеют [16].
Модально-специфичные пространственные коды должны быть трансформированы таким образом, чтобы в результате получился кросс-модальный образ, несущий информацию о локализации имеющегося воздействия [15]. Важно заметить, что зрительная модальность для индивидуума более значима для определения направления и локализации воздействия по сравнению с другими сенсорными модальностями, поэтому формируемая кросс-модальная пространственная модель может быть подвергнута коррекции под влиянием этой более ценной и иерархически выше стоящей зрительной информации. При этом даже кратковременная зрительная депривация может приводить к улучшению тактильного восприятия, что свидетельствует о высоком пластическом потенциале связей между различными сенсорными модальностями (в данном случае между зрительной и тактильной) [19]. В целом зрительная кора тесно связана с теменной и височной корой [20]. Кросс-модальный перенос афферентной тактильной информации к структурам, обеспечивающим зрительный образ объекта, вероятно, осуществляется с участием инсулярных отделов и связанных с ними подкорковых образований.
К трансмодальным областям относят, в частности, лимбическую и паралимбическую кору, средне-височные отделы, гиппокампально-энторинальный комплекс, кору заднетеменных отделов [15]. В то же время существует и иная точка зрения, которая в отличие от «классической», связанной с доминирующим значением зрительной информации, ведущую роль придает механизму «перепрограммирования», когда в ответ на изменение положения тела в пространстве либо положения конечностей формируется ответ, в значительной мере связанный с проприоцептивной импульсацией и менее затратный по времени [13].
При этом в процессе развития у индивидуума мультисенсорной интеграции одна из сенсорных систем может стать «доминирующей», взяв на себя функцию «контроля» и «калибровки» остальных сенсорных систем [16]. Зависит это от того, пространственные или временные факторы являются главными для функционирования супрамодальной системы [16]? Причем развитие сенсорных функций внутри одной модальности не определяется на 100% развитием сенсорных функций в других модальностях: этот процесс может носить различный по скорости характер. Из этого следует важный вывод: в случае нарушения одной из модальностей (в силу разных причин) и возникновения депривации другая модальность не всегда сможет компенсировать имеющийся дефект. И в результате созданная кросс-модальная система окажется отличной от существующей реальности. Если взять в качестве примера процесс восстановления после инсульта, подобный механизм объясняет, почему при сходной выраженности дефекта и проводимых реабилитационных мероприятиях конечный результат нередко оказывается разным.
Рассматривая процессы мультисенсорной интеграции, следует подчеркнуть значение т.н. мультисенсорных нейронов. На самом деле мультисенсорным может быть любой нейрон, способный принимать афферентацию больше, чем одной, модальности. В качестве примера можно привести зрительно-слуховые нейроны, локализованные в передних лобных отделах, способные реагировать и на зрительные, и на слуховые стимулы [17]. Причем их активность повышается в условиях одновременного предъявления стимулов разных модальностей, особенно в случае отличия этих стимулов по своим физическим характеристикам от обычно поступаемых в ЦНС «базовых» унисенсорных стимулов [17].
Способность влиять одной сенсорной модальности на другую сохраняется и у лиц пожилого возраста [21]. Причем этот процесс находится под модулирующим воздействием высших корковых процессов, а значимость мультисенсорной интеграции с возрастом увеличивается. С возрастом порог восприятия сенсорной информации в разных модальностях повышается, поэтому одиночный унимодальный стимул может и не восприниматься. Однако процесс интеграции различной по модальностям информации у лиц пожилого возраста усилен, что в какой-то мере компенсирует имеющиеся изменения. Лица пожилого возраста затрачивают больше времени на процесс интеграции, например, слуховых и зрительных стимулов, однако, когда начало процессу интеграции положено, скорость выполнения мультисенсорного процесса у лиц пожилого возраста выше, чем у лиц более молодого возраста [21]. И все же в каких-то ситуациях это служит положительным моментом, в каких-то – нет [21]. Как пример последнего случая – поступление большой по объему информации по разным унимодальным сенсорным путям может приводить к тому, что наиболее актуальная на момент происходящего события информация окажется вовремя невоспринятой. Итог – неадекватная ситуация сложившаяся симультанная картина происходящего с последующей неверной поведенческой реакцией (например, падение при ходьбе).
В настоящее время показано, что передняя инсулярная область является ключевой для получения всей поступающей извне афферентации (включая зрительную и слуховую модальности), на основании которой, в частности, и принимается решение об осуществлении той или иной двигательной реакции в ответ на стимул(ы) [22]. Эта зона тесно связана массой путей (как афферентных, так и эфферентных) с корой лобных и теменных отделов, а также имеет тесные связи с передней поясной корой [22]. При этом передняя поясная кора, как известно, участвует в выработке наиболее адекватной поведенческой реакции, в т.ч. в начале исполнения комплексных двигательных актов [22]. Проведенное исследование показало, что значение передней инсулярной области, особенно правого полушария головного мозга, еще более велико – она интегрирует тот поток сенсорной информации, который поступает к структурам коннектома «в покое», в частности, принятие решений на основании зрительно-слуховой информации происходит с ее ключевым участием [22]. При этом непосредственные связи передней инсулярной области с передней поясной корой определяют процесс формирования адекватного поведенческого ответа на внешнюю ситуацию [22].
В случае нарушения одной из модальностей (в первую очередь слуховой или зрительной) другие сенсорные модальности берут на себя компенсацию возникшего дефекта. Как результат – у индивидуума сохраняется способность адаптироваться к окружающей среде и потенциально остаются возможности для восстановления функций в пострадавшей сенсорной модальности. Однако эти нейропластические процессы одновременно носят и мальадаптивный характер, негативно сказываясь на сохранных сенсорных функциях и препятствуя процессам оптимального восстановления [12]. И здесь многое зависит от возраста – у детей подобные мальадаптивные проявления носят менее выраженный характер.
Заключение
Таким образом, проблема мальадаптивной нейропластичности существует и она довольно сложна. Механизмы, участвующие в ее осуществлении, многочисленны, включая клеточные взаимодействия на уровне «нейрон–глия» [2].
Рассматривая проблему инсульта и реабилитационных мероприятий в постинсультном периоде, следует подчеркнуть, что проблема мальадаптивной нейропластичности не исключает значимости нейрореабилитации («реабилитация не нужна, поскольку она вредит?»). Это абсолютно неверно. Ключевой вопрос звучит так: почему в ряде случаев нейропластичность может носить мальадаптивный характер?
Если рассматривать двигательный постинсультный дефект и характер его восстановления, то вопрос заключается не в довольно простых объяснениях мальадаптации («избыточная нагрузка на периинфарктную зону» или «выработка неверного двигательного паттерна»), а в том, что в случае неоправданно грубого вмешательства в столь сложную систему, интегрирующую двигательные и сенсорные функции/передачу информации в ЦНС, может возникать дефект изначально заложенных в ней механизмов компенсации. Правильная оценка этого фактора может приводить к переводу нейрореабилитации на совершенно новый уровень – уровень точной науки. И в конечном итоге способствовать более существенной помощи больным.
