Исследователи из Высшей школы экономики и НМХЦ имени Пирогова выяснили, как меняется языковая сеть мозга при эпилепсии. С помощью теории графов ученые проанализировали данные томографии 28 пациентов и показали, что у эпилептиков при выполнении речевой функции активируются оба полушария мозга — между ними образуются короткие связи, а длинные внутри одного полушария разрываются.
Российские ученые выяснили, почему возникают речевые нарушения у больных эпилепсией / © Getty images
Исследование опубликовано в журнале Epilepsy&Behavior. Эпилепсией страдает около одного процента населения земного шара. Это хроническое заболевание головного мозга, которое чаще всего возникает в височной доле. При этом эпилепсия — не просто нарушение в одном регионе мозга, это болезнь, которая затрагивает все сети мозга. Традиционно считается, что именно в левом полушарии сосредоточена сеть, отвечающая за языковую обработку. При эпилепсии работа сети нарушается: люди с этим заболеванием хуже выполняют языковые задания, иногда вовсе с ними не справляются.
Чтобы понять, как меняются нейронные сети у больных эпилепсией, используется метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Сканирование мозга позволяет увидеть, что при эпилепсии активируются дополнительные области мозга, причем в обоих полушариях, а не только в левом, где у нас преимущественно локализована речь. Однако до сих пор не было достоверных сведений о том, как эти участки связаны между собой и как они взаимодействуют.
Исследователи Центра языка и мозга НИУ ВШЭ вместе с коллегами из Национального медико-хирургического центра имени Н.И. Пирогова разработали и применили новый комплексный подход к анализу языковой сети у больных эпилепсией, который сочетает в себе математическую теорию графов и фМРТ с выполнением языкового задания на завершение предложений.
В математике граф — это абстрактное представление множества объектов и связей между ними. Это модель, которая состоит из множества вершин и множества соединяющих их ребер.
«Все методы по отдельности используются для изучения деятельности мозга, однако мы первые предложили применить их в комплексе для анализа языковой сети у больных эпилепсией. Только их сочетание позволит нам получить полную картину. С помощью фМРТ мы измеряем активность регионов мозга, которые вовлекаются в обработку и генерирование информации. Выполнение языкового задания испытуемыми (в нашем случае это было задание на завершение предложений) позволяет понять, как активные регионы мозга связаны между собой. А теория графов позволяет все это описать. Например, насколько сильно или слабо связаны между собой регионы, как они разбиваются на подсети», — объясняет Виктор Карпычев, один из авторов статьи, исследователь Центра языка и мозга НИУ ВШЭ.
В исследовании приняли участие 28 человек, которые страдают эпилепсией, не поддающейся фармакологическому лечению, а также 19 здоровых добровольцев в качестве контрольной группы. Во время фМРТ испытуемые выполняли задание на завершение предложений. Участники видели на экране фразу, в которой не хватало последнего слова, например: «Умная соседка прочла…». Они должны были закончить предложение грамматически и семантически правильно.
Результаты исследования показали, что у здоровых людей языковая активность сосредоточена в левом полушарии и характеризуется длинными внутриполушарными связями. У больных эпилепсией языковая сеть перестраивается под влиянием болезни, что ведет к языковым и речевым трудностям. Так, испытуемые, страдающие эпилепсией, хуже справлялись с тестом на завершение предложений. Применение теории графов позволило увидеть, что при эпилепсии длинные связи внутри левого полушария обрываются, вместо них образуются короткие связи, модули, соединяющие левое и правое полушария мозга.
«Благодаря новому комплексному подходу нам впервые удалось увидеть, что же происходит с языковой сетью больных эпилепсией не только со структурной, но и с функциональной точки зрения, понять, почему им сложнее справляться с различными языковыми заданиями. Мы планируем продолжить исследования в этой области и посмотреть, как языковая сеть взаимодействует с другими сетями мозга у здоровых людей и у больных эпилепсией. Если мы поймем, как перестраивается мозг при различных заболеваниях, мы сможем значительно улучшить качество жизни пациентов, скомпенсировав влияние болезни», — говорит Светлана Малютина, один из авторов исследования, заместитель директора Центра языка и мозга НИУ ВШЭ.
