• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21.02.2024
НИУ ВШЭ
3 286

Ученые смоделировали разрушение человеческого мозга при семантической деменции

4.4

Международный коллектив исследователей при участии нейроученых из НИУ ВШЭ создал вычислительную модель, имитирующую семантическую деменцию — тяжелое нейродегенеративное заболевание, при котором человек постепенно утрачивает способность понимать смысл слов. Нейронная сеть моделирует процессы именно в тех областях мозга, которые наиболее важны для языковой функции. Она показывает, что мозг больных сначала забывает смысл слов, обозначающих предметы, а затем — обозначающих действия. Разрушения в белом веществе более пагубны для речи, чем разрушения в сером.

Ученые смоделировали разрушение человеческого мозга при семантической деменции
Ученые смоделировали разрушение человеческого мозга при семантической деменции / © Getty images

Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports. Мы понимаем смысл сказанного благодаря тому, что наш мозг умеет кодировать, хранить и использовать семантическую информацию, то есть знания о предметах, явлениях, действиях и содержании разнообразных понятий, которые мы приобретаем в течение жизни. Именно понимание значений слов позволяет человеку взаимодействовать с окружающим миром: общаться с другими людьми, выражать свои мысли, полноценно функционировать в обществе.

Поэтому любые нарушения этой способности приводят к очень тяжелым последствиям. При семантической деменции — тяжелом неврологическом заболевании — человек постепенно утрачивает способность понимать обращенную к нему речь, забывает слова и их смысл. Например, он говорит, что сидит «на этой штуке» (слово «стул» выпадает из его семантической системы), перестает понимать, чем различаются, например, собака и кошка, хотя и может без проблем механически повторить сами эти слова вслед за кем-то. Вопрос о том, как именно работает семантическая система мозга человека с нейрональной точки зрения и что происходит с ней при таких тяжелых нарушениях, остается открытым. Известно, что в процессах, связанных с кодированием и хранением значений слов, участвуют как минимум лобная, височная и затылочная доли коры головного мозга в основном в левом полушарии.

Чтобы научиться помогать страдающим семантической деменцией, а в перспективе и предотвращать ее тяжелое течение, нужно понимать природу заболевания и его нейрональные механизмы. В отсутствие живых биологических моделей (ведь речь — уникальная человеческая способность) одним из наиболее объективных подходов к изучению мозговых процессов в контролируемых экспериментальных условиях является их нейрокомпьютерное моделирование.

Исследователи из НИУ ВШЭ совместно с международным коллективом ученых создали компьютерную модель мозга, которая максимально точно имитирует языковую функцию, исходя из биологического представления о том, какие зоны мозга участвуют в языковых процессах и как они связаны между собой. Модель научили узнавать и понимать различные слова, а затем на ней стали имитировать различные повреждения мозговых тканей, чтобы посмотреть, что происходит с мозгом при развитии семантической деменции, столь разрушительной для речи и интеллекта.

«Мы впервые смоделировали семантическую деменцию при помощи реалистичной компьютерной модели речевой функции. Изучать развитие заболевания на реальных пациентах не всегда представляется возможным: во-первых, есть этические ограничения, а во-вторых, сложно провести чистый эксперимент, ведь мы не можем контролировать болезнь — у каждого пациента она протекает по-своему. Да и у каждого здорового человека есть свои индивидуальные особенности, — объясняет профессор Юрий Штыров, первый автор исследования, ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ. — Мы создали модель нейрональных сетей человека и их активности и сделали ее максимально приближенной к работе мозга при реализации языковой функции. Безусловно, любая модель — это упрощение, но оно так же необходимо, как, например, карта, которая дает нам упрощенное схематичное представление об окружающей местности».

Чтобы понять, что происходит на разных этапах заболевания, модели наносили «травмы» различной степени тяжести: сначала повредили слегка, имитируя раннюю стадию деменции, затем чуть сильнее и в конце концов очень сильно, таким образом все более разрушая «ткани» программно моделируемых областей мозга. При этом эксперимент запускали в двух вариантах, имитируя повреждения в сером и в белом веществе.

Результаты эксперимента подтвердили данные клинических исследований о том, что при семантической деменции происходит деградация тканей в различных областях мозга, причем не только в зонах, ключевых для понимания речи, но и в тех, которые отвечают за двигательную активность и восприятие объектов. Модель показала, что разрушения могут затрагивать как серое вещество, так и проводящие пути, причем в последнем случае это приводит к более серьезным проблемам. Кроме того, репрезентации (следы памяти) слов разного типа — обозначающих предметы, действия или абстрактные понятия — страдают по-разному.

«Пока мы не знаем, когда и где точно начинается деменция, ведь за счет имеющегося у человека когнитивного резерва физические нарушения мозга могут долго оставаться незамеченными. Однако мы увидели, что более серьезные нарушения происходят именно при повреждении связей между различными участками мозга. А кроме того, мы убедились, что слова, связанные с объектами, то есть существительные, выпадают из лексикона быстрее, чем обозначающие действия, то есть глаголы. Эти результаты подсказывают нам, в какую сторону смотреть при работе с пациентами, чтобы сделать шаг в направлении лучшей диагностики и лечения семантической деменции», — говорит Юрий Штыров.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 12:04
Елизавета Александрова

Астрономы обнаружили, что почти треть всех наблюдаемых галактик во Вселенной объединены в пять самых широкомасштабных структур — галактические сверхскопления. На составленной учеными трехмерной карте одно особенно выделяется своими рекордными размерами: простирается на миллиард с лишним световых лет.

Позавчера, 07:56
Андрей

Европейские палеонтологи изучили исключительно сохранившийся скелет плезиозавра из юрского периода, обнаруженный в Германии еще в 1940 году. Тогда ископаемую рептилию спрятали от разрушений войны в музей, а через 80 лет выяснилось, что на теле древнего животного остались мягкие ткани — кожа с уцелевшими клеточными ядрами и чешуйки. Новые данные дополняют представление о внешнем виде плезиозавров, живших больше 180 миллионов лет назад.

7 часов назад
Елизавета Александрова

Пролетевший через Солнечную систему в 2017 году астероид Оумуамуа произвел неизгладимое впечатление в том числе своей беспрецедентно вытянутой формой. Астрономы попытались рассчитать, как он мог стать таким и почему в Солнечной системе мы не наблюдаем ничего подобного.

Позавчера, 07:56
Андрей

Европейские палеонтологи изучили исключительно сохранившийся скелет плезиозавра из юрского периода, обнаруженный в Германии еще в 1940 году. Тогда ископаемую рептилию спрятали от разрушений войны в музей, а через 80 лет выяснилось, что на теле древнего животного остались мягкие ткани — кожа с уцелевшими клеточными ядрами и чешуйки. Новые данные дополняют представление о внешнем виде плезиозавров, живших больше 180 миллионов лет назад.

Позавчера, 12:04
Елизавета Александрова

Астрономы обнаружили, что почти треть всех наблюдаемых галактик во Вселенной объединены в пять самых широкомасштабных структур — галактические сверхскопления. На составленной учеными трехмерной карте одно особенно выделяется своими рекордными размерами: простирается на миллиард с лишним световых лет.

7 часов назад
Елизавета Александрова

Пролетевший через Солнечную систему в 2017 году астероид Оумуамуа произвел неизгладимое впечатление в том числе своей беспрецедентно вытянутой формой. Астрономы попытались рассчитать, как он мог стать таким и почему в Солнечной системе мы не наблюдаем ничего подобного.

31 января
Березин Александр

В 2022-2025 годах страны Западной Европы попытались отказаться от природного газа из России. Автор новой работы показал, что получившиеся при этом результаты были во многом противоположны целям.

13 января
Юлия Трепалина

Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.

14 января
Елизавета Александрова

По распространению сейсмических волн в недрах Земли геологи словно «сканируют» планету и обнаруживают все больше интересных особенностей ее внутреннего строения. Недавно очередное такое исследование заставило ученых особенно внимательно рассмотреть то, что скрывается под Тихоокеанской литосферной плитой.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно