Автореферат (Системная организация работы мозга при обеспечении целенаправленного поведения), страница 2

В результате, такое положение делограничивает информативность и эффективность современных диагностическихметодов томографической нейровизуализации: активный поиск объективныхнейромаркеров психических и неврологических расстройств ведется до сих пор (см.например, Kropotov, et al., 2016). Это означает, что решение высокоактуальноговопроса оптимизации существующих и разработки новых методов лечения идиагностики заболеваний мозга тесно связано с развитием представлений об основныххарактеристиках взаимодействий мозговых структур.Именно поэтому настоящая работа была направлена на сочетанное рассмотрениепоказателей изменений локальной активности и дистантных взаимодействий структурмозга, вовлекаемых в обеспечение целенаправленного поведения.Цели и задачи исследования. Основной целью настоящей работы являетсявыявление характера организации функциональных взаимоотношений междуструктурами мозга человека, вовлекаемыми в обеспечение целенаправленнойдеятельности.

Для этой цели исследовались виды деятельности разной степенисложности в терминах цели и способов ее достижения. В соответствии с цельюисследования были поставлены следующие основные задачи:1. Выбрать алгоритм обработки данных функциональной томографии, которыйпозволил бы выявлять состав, структуру и характер функциональных взаимодействиймежду звеньями нейрональных мозговых систем обеспечения целенаправленнойдеятельности.2. Определить структуры мозга, являющиеся звеньями нейрональных системобеспечения целенаправленной деятельности, на примере набора тестовых заданиймоделирующих ее усложнение: 1) управление действиями в условиях соответствияуправляющих зрительных стимулов (двухстимульный Go/NoGo тест) и вовлечениябазового мозгового механизма рабочей памяти, 2) управление действиями в условияхпроизвольного принятия решения о действии при сознательной лжи, 3) вербальнаядеятельность по генерации форм глаголов разных классов, соответствующихментальнымграмматическимправилампорожденияразнойстепенистереотипизации\автоматизации.3.

Определить структуру пространственной организации и характерфункциональных отношений обнаруженных звеньев нейрональных системобеспечения целенаправленной деятельности, а также их реорганизацию при ееусложнении.4. Оценить соотношение между интегральными показателями локальнойактивности звеньев, их «энергетического» состояния и характером их вовлечения всистему взаимодействующих элементов нейрональных систем, в зависимости отсложности целенаправленной деятельности. Выяснить вопрос о существовании7структур мозга, не видимых в активационных исследованиях, которые проявляют своеучастие в обеспечении текущей деятельности только путем измененияфункциональных отношений с другими звеньями. Экспериментально проверитьхарактер соответствия между изменениями показателей активности структур мозга иих дистантных взаимодействий, предсказываемых «активационно-ресурсным»подходом рассмотрения организации мозгового обеспечения исследуемойдеятельности.Методология и методы исследования.

Для решения задач настоящегоисследования были подобраны три варианта экспериментальных тестовых заданий,которые моделировали условия усложнения деятельности в терминах целидеятельности и способов ее достижения. Первым вариантом тестового задания быловыбрано двухстимульное Go/NоGo задание, при котором на основе соответствияпоследовательно предъявляемых зрительных стимулов планируемое действие либореализуется, либо подавляется. Второй вариант тестового задания, которыймоделировал ситуацию самостоятельного принятия решения о типе действия,подразумевал чередование испытуемым сознательных ложных и правдивых действийв условиях интерактивной игры с компьютером.

В качестве третьего, наиболеесложного, варианта тестового задания была выбрана исследовательская парадигма попорождению глаголов разных классов, которые отличаются в терминахморфологических свойств порождения и частотности глагольных классов. В работебыл использован исследовательский подход, при котором результаты анализалокальной активности структур мозга, которые вовлекаются в обеспечениеисследуемой деятельности, сопоставлялись с данным о характере их дистантныхвзаимодействий.

Стандартный для активационных исследований подход на основеметодов множественной регрессии выявлял структуры мозга уровень нейрональнойактивности которой отражает ее вовлечение в исследуемой деятельности. Дляобнаруженныхтакимобразомструктурмозгаспомощьюметодапсихофизиологических взаимодействий (Friston, et al., 1997) проводился анализ повыявлению их дистантных взаимодействий.Научная новизна исследования. В работе, впервые на материале серииисследований, моделирующих усложнение реализуемой деятельности, изучен вопросо характере изменений функциональных отношений между вовлекаемымиструктурами мозга человека.

Установлено, что широко распространённый вфункциональной томографической нейровизуализации подход, в соответствии скоторым при увеличении нейрональной активности структуры мозга судят о болееактивном ее вовлечении в обеспечение текущей деятельности, что, как следствие,предполагает усиление ее взаимодействий с другими звеньями вовлекаемой системы,не является единственным возможным: продемонстрированы и другие вариантысоотношений показателей локальной активности и дистантных взаимодействиймозговых зон. Полученные новые данные свидетельствуют об универсальности8сложившихся представлений о динамической организации мозговых систем, которыебыли сформулированы при изучении нейронных популяций, когда динамическиеперестройки дистантных взаимодействий наблюдались без значимых изменений ихимпульсной активности.

Выявленные сценарии соотношений локальной активности идистантных взаимодействий вовлекаемых мозговых структур расширяютпредставления о системной организации мозговых систем обеспеченияцеленаправленной деятельности. В результате предложенного исследовательскогоподхода по сочетанному изучению локальной активности и дистантныхвзаимодействий впервые удалось продемонстрировать организацию взаимовлияниймежду вовлекаемыми структурами мозга при обеспечении деятельности, ключевуюроль в организации которой играет один из базовых механизмов - механизм детекцииошибок.

Получены новые данные, демонстрирующие разную функциональнуюспециализацию звеньев лобно-височной системы обеспечения речевой деятельности взависимости от особенностей процессов порождения элементов речи, раскрывающиепредставления о мозговой организации ментального лексикона.Впервые показано, что снижение BOLD-сигнала, отражающего уровеньнейрональной активности, не обязательно отражает выключение данной структуры изсистемы взаимодействующих звеньев вовлекаемых нейрональных систем.

Вопределенных условиях, на фоне снижения показателей нейрональной активностиможет наблюдаться увеличение функциональной роли дистантных взаимодействиймежду работающими структурами мозга. Равно, как и увеличение локальнойактивности вовлекаемой структуры мозга может сопровождаться ослаблением еедистантных взаимодействий.Полученные результаты демонстрируют одну из причин отмечаемыхпротиворечий в накопленных данных функциональной специализации отдельныхструктур мозга. Использование отработанного в ходе настоящей работы методическогоподхода к изучению механизмов работы мозга с помощью фМРТ позволит преодолетьвыявленные ограничения стандартных подходов, что имеет важное значение дляклинической диагностики.Теоретическая и практическая значимость работы.Полученные внастоящей работе результаты развивают современные представления об организациимозговых систем обеспечения поведения. Представленные в работе новыеэкспериментальные данные и установленные закономерности могут бытьиспользованы для дальнейшего развития исследований функциональной организациимозга.

Предложенный и апробированный исследовательский подход позволяетрасширитьвозможностиметодовфункциональнойтомографическойнейровизуализации.Продемонстрированная эффективность комплекса использованных методов поизучению функциональных взаимодействий между структурами мозга, вовлекаемымив обеспечение исследуемой деятельности, обуславливает его востребованность для9клинической функциональной диагностики. Некоторые из методов, которыеприменялись в рамках решения задач данной работы, уже в настоящий момент рутинноприменяются в предхирургической диагностике пациентов, целью которой являетсявизуализацияфункционально-значимыхобластеймозга.Полученныеэкспериментальные данные, раскрывающие физиологическую сущность измененийлокальной активности, наблюдаемых в рамках рутинно используемых методовобработки фМРТ данных, могут быть полезны для оптимизации существующихметодов функциональной диагностики, разработки диагностических критериевсохранности функций или нейромаркеров психических расстройств.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Предложенный исследовательский подход позволил установитьотносительную независимость организации функциональных отношений междувовлекаемыми структурами мозга от уровня их функциональной активности. Такимобразом, на общемозговом уровне рассмотрения организации нейрональных системпродемонстрирована универсальность принципа динамической организации мозговыхсистем, выявленного ранее при анализе импульсной активности популяций нейронов.2. Участие базовых мозговых механизмов в обеспечении поведения в качествеопределяющего элемента характеризуется сочетанными изменениями уровнянейрональной активности и показателей функциональных взаимодействий структурмозга.3.

Обнаруженная вариативность соотношений уровней нейрональнойактивности структур мозга и их дистантных взаимодействий отражает изменчивостьфункциональной специализации отдельных звеньев нейрональных систем.4. Характер реорганизации функциональных взаимодействий междувовлекаемыми в обеспечение целенаправленной деятельности структурами мозгаопределяется не сложностью реализации деятельности как таковой, а способомдостижения ее цели.Степень достоверности и апробация результатов. Все результаты,полученные в ходе реализации проекта, соответствуют требованиям, предъявляемым кстатистической обработке данных функциональной томографии, и были достигнуты сиспользованием специализированных программных средств.