Хотя у людей, перенесших инсульт, часто возникают языковые расстройства (афазия), примерно от 60 до 70 процентов выживших восстанавливают свою способность воспроизводить речь в течение шести месяцев. Однако остальные 30-40% пациентов, перенесших инсульт, страдают постоянной афазией.
Различия между пациентами в степени восстановления языка в конечном итоге недостаточно понятны. В настоящее время единственная прогностическая оценка, которую могут предоставить клиницисты, – это обоснованное предположение, основанное в значительной степени на размере и расположении поражения при инсульте, что может быть разочаровывающе неточным. Некоторые исследователи считают, что изменения в выздоровлении от афазии могут быть вызваны необнаруженной фрагментацией или дезорганизацией сетей мозга, которые нарушают передачу информации в областях, которые могут быть далеко от самого поражения.
Чтобы исследовать эту теорию, исследователи MUSC под руководством Леонардо Бонильи, М.D., Ph.D., доцент неврологии, работал в тесном сотрудничестве с командой под руководством Юлиуса Фридрикссона, доктора философии.D., профессор коммуникативных наук и расстройств в Школе общественного здравоохранения Арнольда Университета Южной Каролины, чтобы составить карту целых мозговых сетей и оценить связь после события у 90 человек, перенесших инсульт в левом полушарии.
Барбара Маребва, доктор философии.D. кандидат отделения неврологии MUSC и ведущий автор объясняет, "Не так много известно о механизмах, лежащих в основе различий в восстановлении языка. Мы считаем, что причиной может быть нарушение сетевой структуры. Итак, мы хотели посмотреть, как весь мозг был связан после инсульта. Вместо того, чтобы сосредоточиться на поврежденной области, мы изучили области, с которыми им все еще пришлось работать, и нанесли на карту эти сети, чтобы увидеть связи с их тяжестью афазии."
Участники исследования прошли языковое тестирование для определения общей оценки степени тяжести афазии с последующим сканированием магнитно-резонансного изображения (МРТ). Разделив мозг на 189 областей и нанеся на карту поражение от инсульта каждого участника, исследователи могли идентифицировать и сосредоточить внимание на областях белого и серого вещества за пределами непосредственно пораженной области. Для каждого пациента была создана карта связности (или коннектом), отражающая существующие нейронные сети в этих областях мозга и между ними.
Затем команда разделила эти карты подключения на модули и рассчитала «метрику модульности» для каждого участника. "Этот показатель помогает вам увидеть, насколько хорошо разные области мозга связаны как внутри себя, так и с другими областями. Различные области мозга похожи на людей на вечеринке – они сидят и разговаривают вместе в группах на основе некоторой связи или общего сходства. Модульность показывает нам, насколько тесны эти клики. Области, которые тесно связаны между собой, но не связаны с другими, имеют высокую модульность," говорит Маребва.
Бонилья добавляет, "Способ подключения мозга не является случайным или случайным – существует баланс между тем, сколько регионов необходимо интегрировать или связать, и сколько их нужно разделить. Модульность отражает эту структуру сообщества. Изолированные области больше не работают с остальной частью команды. Итак, модульность – это одно число, которое говорит вам, насколько хорошо различные области мозга могут общаться или обмениваться информацией."
Язык – очень сложная функция. Чтобы произносить речь, удаленные участки мозга должны уметь точно передавать информацию и переводить ее в звуки. В исследовании, финансируемом Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств и Американской кардиологической ассоциацией, оценивалась общая сеть мозга и обобщалось общее состояние здоровья мозга на основе возможности подключения, что дало важную информацию о том, почему и в какой степени языковые способности могут восстановиться.
Модульность значимо коррелировала с показателями афазии пациентов, так что чем выше модульность левого полушария, тем тяжелее афазия (r = -0.42; п<0.00001). Кроме того, пациенты с сильно фрагментированной структурой сообщества левого полушария имели более тяжелую афазию (r = -0.43; п<0.0001) – корреляция, которая сохранялась после контроля повреждения белого вещества (r = -0.22; р = 0.0175). Таким образом, пациенты со сравнимым повреждением белого вещества, размером и расположением поражения, но с разными моделями фрагментации обладали очень разными языковыми способностями. Например, у одного пациента с объемом поражения 76.1 см3, среднее повреждение белого вещества 0.099, а 4 модуля левого полушария имели оценку афазии 88.1. Между тем, другой пациент с аналогичным объемом поражения (99.24 см3) и среднее повреждение белого вещества (0.096), но больше модулей левого полушария (9), имели афазию 58 баллов.2. Таким образом, у второго пациента было более фрагментированное левое полушарие и более тяжелая афазия (более низкие показатели афазии указывают на более тяжелую афазию).
Говорит Маребва, "Было удивительно, что даже когда мы контролировали расположение и размер поражения, они все равно оставались значительными. Модульность была лучшим предиктором тяжести афазии, чем некоторые другие оценки, основанные на размере и расположении инсульта, плюс она дает нам много новой информации. Модульность помогает нам объяснить, почему одни пациенты справляются с выздоровлением от афазии лучше, чем другие. Мы надеемся, что однажды мы сможем использовать его для прогнозирования выздоровления и лечения, но мы еще не дошли до этого."
Новым аспектом этого исследования были сложные математические алгоритмы, которые команда использовала для расчета модульности. Бонилья объясняет, "Барбара пришла к неврологическим исследованиям, имея опыт работы с технической визуализацией, поэтому она обладает уникальной способностью комбинировать сложные сетевые математические модели с клиническими исследованиями изображений, чтобы помочь нам лучше понять сети мозга. Это новый подход – в настоящее время нет оценки «здоровья мозга». Мы говорим об изменениях мелких сосудов, но не знаем, насколько они влияют на сеть и способность мозга функционировать. Это новый рубеж – иметь вычислительный метод для расчета того, насколько хорошо мозг функционирует, глядя на сетевые подключения, и иметь единственное число, указывающее, что. Это может быть полезным новым показателем здоровья мозга, который может помочь нам понять восстановление после неврологической травмы или выявить проблемы у здоровых людей задолго до появления клинических симптомов."
В конце концов, модульность как мера организации и функции мозга может быть использована при других состояниях, таких как деменция. Команда уже работает над исследованиями на людях без инсульта, но имеющих другие хронические заболевания, которые, как известно, влияют на здоровье мозга. "Мы расширяем область применения наших расчетов изображений для сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонии и диабета, чтобы попытаться увидеть, как эти состояния могут способствовать нарушению работы мозговых сетей. Как это может повлиять на устойчивость или выздоровление пациентов," говорит Маребва.