Белое вещество мозга: учёные составили первый детальный атлас когнитивных функций 52 трактов

Новое исследование, опубликованное в Nature Human Behaviour, впервые систематически описало когнитивные функции 52 трактов белого вещества человеческого мозга — связующих «кабелей», по которым нервные сигналы передаются между различными отделами. Работа команды из Университета Пенсильвании под руководством Теодора Саттертуэйта раскрыла неожиданную логику устройства этих трактов.

Белое вещество составляет около половины объёма человеческого мозга и буквально представляет собой проводку: пучки миелинизированных нервных волокон, соединяющие разные зоны коры и подкорковые структуры. До сих пор исследователи знали, какие регионы связывают те или иные тракты — но не могли систематически ответить, каким когнитивным функциям служит каждый из них.

Как исследователи построили карту

Первый шаг — составление атласа окончаний трактов. Команда под руководством аспирантки Джемили Багаутдиновой сопоставила, в каких именно зонах коры заканчиваются аксоны каждого из 52 трактов. Затем функциональные профили этих корковых зон были извлечены из метаанализа нейровизуализационных данных: какие слова из нейронауки (память, движение, решение задач, речь и т. д.) статистически связаны с активацией тех или иных участков.

Это позволило присвоить каждому тракту «когнитивный профиль» — своего рода список когнитивных функций, которые он преимущественно обслуживает.

Ключевым концептуальным инструментом стала сенсомоторно-ассоциативная ось мозга — известный принцип организации коры, при котором одни зоны заняты базовыми функциями (движение, ощущения), а другие — сложными процессами (память, принятие решений, исполнительные функции). Исследователи спросили: как каждый тракт «перекидывается» через эту иерархию?

Три типа трактов

Анализ данных около 2800 участников из трёх больших когорт (возраст от 5 до 23 лет) выявил, что тракты делятся на три принципиально разных типа.

Первый тип — тракты, связывающие соседние по иерархии уровни коры. Они обслуживают конкретные функции и имеют узкий «когнитивный профиль».

Второй тип — тракты, перебрасывающие «мост» через несколько уровней иерархии. Именно они обеспечивают взаимодействие между сенсорными и высшими ассоциативными зонами. Их когнитивный профиль шире и включает разнородные функции.

Третий тип — тракты с крайне специфичным профилем: они связывают ограниченный набор функционально близких регионов и задействованы только в очень специализированных процессах.

Связь с развитием мозга

Исследование охватывало участников в возрасте от 5 до 23 лет — период активного созревания мозга. Это позволило выявить, как когнитивные профили трактов меняются в процессе взросления. Оказалось: тракты, обслуживающие более сложные когнитивные функции, продолжают «дозревать» дольше — соответствующий результат ожидался, но теперь подтверждён с точностью до конкретных трактов.

Клиническое значение

Белое вещество повреждается при целом ряде нейрологических и психиатрических состояний: рассеянном склерозе, шизофрении, расстройствах аутистического спектра, черепно-мозговых травмах. Новый атлас впервые позволяет предсказывать, какие именно когнитивные функции пострадают при повреждении конкретного тракта — не в общих чертах («функции фронтальной доли»), а с детализацией до уровня конкретных когнитивных процессов.

Читайте также: Как мозг выбирает участки для миелиновой изоляции.

Это может изменить подход к нейропсихологическому обследованию: опираясь на изображения белого вещества (МРТ), врачи смогут точнее предсказывать профиль когнитивных нарушений у конкретного пациента и планировать реабилитацию.