Когнитивные нарушения являются одним из наиболее распространенных и изнурительных последствий черепно-мозговой травмы (ЧМТ) и могут оказать существенное влияние на социальные и профессиональные перспективы человека. Таким образом, нарушение проводящих путей белого вещества, вызванное диффузным аксональным повреждением (DAI), вызывает широкий спектр когнитивных проблем (Galetto & Sacco, 2017). В результате DAI может быть затронута обширная сеть регионов, выполняющих различные когнитивные задачи, что приведет к постоянным нарушениям в сфере исполнительных функций, внимания и памяти. Хотя на ранней стадии после травмы существует период временного ремоделирования вследствие разрешения тяжелых неврологических нарушений, многие нарушения сохраняются и на хронической стадии травмы. Несколько исследований показали значимость когнитивной реабилитации в снижении когнитивных и поведенческих последствий ЧМТ, а следовательно, в повышении качества жизни и самостоятельности пациентов.
Когнитивная реабилитация описывается как структурированная, функционально ориентированная программа лечения, основанная на оценке мозговых и поведенческих недостатков пациента. Оно не ограничивается восстановительными процедурами, которые непосредственно решают когнитивные проблемы, вызванные травмой головного мозга, но может включать использование компенсаторных механизмов путем развития альтернативных тенденций когнитивной деятельности. Более того, он генерирует новые последовательности с использованием внешних вспомогательных устройств, таких как адаптивные приспособления или протезы, для повышения общего уровня работоспособности и качества жизни пациента (Pedrotty et al., 2021). Мозг способен реструктурировать и заново изучать операции, которые были нарушены после черепно-мозговой травмы, способствуя обращению вспять дезадаптивной нейропластичности и приводя к более эффективному состоянию нейронного роста, что является распространенным аспектом различных реабилитационных методов лечения.
Механизм нейрональной пластичности модифицируется в результате поведенческого взаимодействия: мозг может трансформироваться под воздействием широкого спектра переживаний и стимулов на протяжении всего своего существования. Несмотря на то, что несколько исследований показывают эффективность реабилитации в восстановлении мозга, лишь небольшой процент из них концентрируется на нервных изменениях, вызванных когнитивной терапией (Galetto & Sacco, 2017). В результате одни только эти когнитивные и поведенческие измерения не могут дать полную картину причинно-следственных связей между поражениями, их расположением и функциональными отклонениями, наблюдаемыми людьми в повседневной жизни.
В настоящее время обнаружены новые базовые характеристики карт связности, связанные с нейронной пластичностью. На основании данных о двигательной системе общепризнано, что после структурной травмы головного мозга как карты связей, так и поведенческие способности могут быть частично восстановлены с помощью интенсивной практики и терапии (Pedrotty et al., 2021). Эти результаты подтверждают представление о том, что двигательные карты представляют собой уровень нейронных связей в мозге, необходимый для выполнения навыков. Что касается биологического уровня, эта гипотеза была подтверждена исследованиями на мышах, в которых холинергические связи с моторной корой блокировались перед тренировкой навыков, подавляя зависимую от обучения перестановку моторных карт коры и, как следствие, ухудшая моторное обучение (Li & Hollis, 2021). . Основываясь на этих соображениях, тренировка навыков может привести к пластическим изменениям в эффективности синапсов в моторной коре, что приведет к изменениям в топографии карты.
С поведенческой точки зрения наиболее важной характеристикой целенаправленного обучения для создания нейронной пластичности является интенсивность обучения, которая описывается как количество повторений, выполняемых для определенных задач за определенный период. Чтобы добиться эффективной реорганизации мозга после травмы, необходимо достичь определенного уровня подготовки. Для описания этого явления используется термин «нейропластичность, зависящая от опыта». Было предсказано, что на животном потребуется от 1000 до 10 000 тестов одной и той же активности, прежде чем можно будет заметить устойчивые изменения на уровне синапсов (Li & Hollis, 2021). В ходе испытаний на животных было обнаружено, что поведенческое моторное обучение контролируется усилением долгосрочной потенциации (LTP) и подавлением долгосрочной депрессии (LTD). Пассивное повторение без тренировки не приводит ни к одной из этих двух систем. Количество синапсов и сетей увеличивается на ранних этапах обучения, и этот процесс можно контролировать в экспериментальных условиях путем введения блокаторов синтеза белка в кору головного мозга, тем самым увеличивая или подавляя рост навыков (Trott et al., 2019). С другой стороны, тренировка без обучения может иметь негативные последствия, такие как уменьшение количества синапсов, снижение постсинаптических реакций и дефицит поведенческих навыков.
Были изучены модели как на животных, так и на людях, чтобы описать, чем фактическое исцеление отличается от компенсации. В конкретном исследовании изучались процессы пластичности нейронов головного мозга, вызванные реабилитацией, у видов крыс (Turolla et al., 2018). В исследовании изучалось, может ли введение гормона роста (ГР) в сочетании с терапией после тяжелого поражения моторной коры иметь благоприятное долгосрочное или краткосрочное влияние на заживление поврежденной верхней конечности. Результаты показали, что сочетание ГР с двигательной терапией дало хороший эффект независимо от того, применялось ли оно вскоре после травмы или спустя долгое время (Turolla et al., 2018). С другой стороны, лечение гормоном роста само по себе приводило к улучшению реэкспрессии актина и гнездования, но не к существенным изменениям в поведении. В другом исследовании изучалось применение анодной транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) для ускорения восстановления двигательных и соматосенсорных функций после рецидивирующей черепно-мозговой травмы (ЧМТ). Амплитуда и продолжительность как моторных вызванных потенциалов (МВП), так и соматосенсорных вызванных потенциалов (СВП) были выше в категории tDCS, но ниже в категории имитации tDCS (Turolla et al., 2018). Эти результаты подразумевают, что анодная tDCS может быть полезной стратегией для улучшения временного восстановления моторики за счет усиления синхронизации корковых импульсов.
Нейровизуализация и нейрофизиологические подходы могут обеспечить более точную оценку и диагностику, а также лучшее понимание мозговых процессов, лежащих в основе когнитивных достижений. Результаты нейровизуализационных исследований показали, что когнитивная реабилитация может значительно изменить активность мозга. Когнитивная реабилитация, по-видимому, приводит к перезагрузке дисфункциональных механизмов, участвующих в процессе выздоровления в целом. Кроме того, согласно теории «отрицательной пластичности» Гуляевой (2017), после приобретенного повреждения головного мозга задействуется несколько самоусиливающихся и сбойных процессов. Скорее всего, это связано с сокращением графика активности, снижением качества сенсорной обработки и нарушением нейромодуляторной регуляции. Когда эти элементы объединяются, они увеличивают зависимость от более простых когнитивных процессов, что приводит к «негативному обучению». В результате при выполнении все более сложных задач возникают дезадаптивные изменения в мозге, приводящие к снижению производительности когнитивных задач.
Яркой иллюстрацией этого механизма является гиперактивность, которая обычно наблюдается после ЧМТ, где предположительно области гиперактивности отражают неудачные попытки викариальной нервной системы залечить повреждения, обнаруженные в других местах. Как следствие, клиенту требуется больше энергии, чтобы выполнять действия менее спонтанно. Многочисленные исследования показали, что людям с ЧМТ может потребоваться мобилизация более широких и рассредоточенных ресурсов мозга, особенно в ответ на сложные условия, чтобы сравняться с поведенческой функцией контрольной группы (Kaur et al., 2020). Причины этого сложного явления неизвестны и сильно различаются у разных людей: его описывают как реконфигурацию мозга, восстановление нейронов, дегенерацию или неадекватный контроль нервных ресурсов. Некоторые исследования в литературе воспринимают эту гиперактивацию как своего рода репарацию, которая способствует завершению задачи, например, при недостатке компенсаторного рекрутирования нейронов может произойти невыполнение или плохое выполнение задачи (Kaur et al., 2020). С другой стороны, это рассматривается как своего рода неадекватный контроль источников, приводящий к нерегулярному или случайному участию различных регионов в выполнении задачи.
Различие между всеми этими альтернативными теориями может значительно расширить знания о том, как активность мозга меняется в производительности и реабилитации после ЧМТ. Необходимы дополнительные исследования взаимосвязи между нейровизуализацией и поведенческими результатами. В результате когнитивная реструктуризация во время реабилитации происходит, когда пациент использует уникальный набор когнитивных механизмов для выполнения той же деятельности, поскольку человек приобрел новую когнитивную технику. Таким образом, это проявляется в сдвиге нейронной структуры, специфичной для конкретной задачи, которая происходит во время операций обучения или переобучения в поврежденном мозге, устраняя ошибочные связи (Owen & Guta, 2019). В нескольких исследованиях, включенных в этот обзор, полное функциональное восстановление сопровождалось снижением паттернов активации, что можно рассматривать как следствие переоценки взаимосвязей внутри установленной сети (Galetto & Sacco, 2017). Несмотря на то, что ни одно из исследований, включенных в этот анализ, конкретно не касалось этой проблемы, в настоящее время общепризнано, что нарушение связи может значительно ухудшить когнитивные функции у субъектов с повреждением мозга.
Однако в контексте ЧМТ функциональное восстановление после когнитивной терапии можно объяснить как единственный результат снижения сбоев в гиперактивации. Вместо этого правильнее называть это передачей нейронного контура, при которой, помимо сокращения гиперактивированных во время активности зон, может усиливаться участие других нейронных цепей, которые в норме задействованы у здоровых пациентов. . С этой целью Монтана и др. (2019) сообщили об увеличении метаболической активности в коре правого парагиппокампа и левой части гиппокампа во время выполнения вербального задания после компьютеризированного упражнения на пространственную память. Кроме того, наблюдался всплеск передачи сигналов в правой передней поясной извилине, левой задней поясной извилине и задней островковой части в сочетании со снижением активности в дорсолатеральных префронтальных и дополнительных двигательных областях (Montana et al., 2019). Повышенная активация сопоставимых цепей, которые считаются элементами системы режима по умолчанию, указывает на то, что когнитивная реабилитация может изменить эту сеть, что приведет к изменениям в функциональных связях.
Неинвазивная стимуляция мозга (NIBS) играет важную роль в когнитивной реабилитации. Поскольку неинвазивные и безболезненные методы NIBS, которые в основном связаны с небольшим количеством побочных эффектов, могут фокально изменять корковое возбуждение, они все чаще используются в терапевтических условиях (Cripe et al., 2021). Оба типа исследований, включенных в этот обзор, продемонстрировали полезность подходов NIBS для улучшения результатов когнитивной реабилитации даже в контексте более сложных когнитивных и неврологических последствий (Cripe et al., 2021). Другое исследование показало, что транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) более эффективна в улучшении когнитивных нарушений более высокого порядка у пациентов с тяжелым повреждением головного мозга. Согласно выводам предыдущих исследователей, только интеграция когнитивной тренировки и транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) смогла вызвать существенные улучшения в разделенной концентрации у пациентов с ЧМТ (Galetto & Sacco, 2017). Напротив, одной лишь когнитивной терапии было недостаточно для улучшения эффективности контроля. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, подчеркивающими решающее значение инструментов NIBS в повышении пластичности нейронов и функциональных характеристик после повреждения головного мозга.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) и функциональная или структурная магнитно-резонансная томография (МРТ) являются двумя основными методами, используемыми для изучения изменений головного мозга, вызванных ЧМТ (МРТ и фМРТ соответственно). Исследователи могут использовать МРТ и фМРТ для оценки изменений в мозге после терапевтического лечения неинвазивным и эффективным способом (Galetto & Sacco, 2017). Аналогичным образом, ССП и колебательное действие ЭЭГ человека предоставляют полезную информацию о серьезности травмы и ее влиянии на нейронные пути, например, об их эффективности в передаче сигналов от периферической нервной системы к центральной (ЦНС), о возможностях систем ЦНС. для упорядочивания сенсорной информации и способности конкретных сенсорных процессов интерпретировать и интегрировать стимулы.
Несколько исследований показали важность когнитивной реабилитации в уменьшении поведенческих и когнитивных последствий ЧМТ, что повышает независимость пациентов и качество жизни. Когнитивная реабилитация направлена на вмешательство в когнитивные проблемы, вызванные травмой головного мозга, а также на использование корректирующих механизмов посредством установления альтернативных последовательностей когнитивной деятельности. Общей чертой различных реабилитационных методов является пластичность мозга. Способствуя восстановлению дисфункциональной пластичности и приводя к более функциональному состоянию развития нейронов, нейронная пластичность включает в себя перестройку мозга и повторное обучение тем навыкам, которые были утрачены в результате приобретенного повреждения мозга.
Рекомендации
Крайп, Коннектикут, Купер, Р., Микулеки, П., Хуанг, Дж. Х., и Хак, округ Колумбия (2021). Улучшение результатов легкой черепно-мозговой травмы с закрытой головой с помощью интерфейса «мозг-компьютер». Усиленное обучение когнитивной реабилитации. Куреус, 13(5).
Галетто В. и Сакко К. (2017). Нейропластические изменения, вызванные когнитивной реабилитацией при черепно-мозговой травме: обзор. Нейрореабилитация и восстановление нервной системы, 31 (9), 800-813.
Гуляева, Н.В. (2017). Молекулярные механизмы нейропластичности: расширяющаяся Вселенная. Биохимия (Москва), 82(3), 237-242.
Каур Ю., Оуян Г., Соммер В., Вайс С., Чжоу К. и Хильдебрандт А. (2020). Что говорит сложность временных сигналов мозга о вербальном творчестве? Границы поведенческой нейронауки, 14, 146.
Ли Ю. и Холлис Э. (2021). Холинергические нейроны базального отдела переднего мозга избирательно управляют скоординированным двигательным обучением у мышей. Журнал неврологии, 41(49), 10148-10160.
Монтана Дж.И., Туэна К., Серино С., Чипрессо П. и Рива Г. (2019). Нейрореабилитация пространственной памяти с использованием виртуальных сред: систематический обзор. Журнал клинической медицины, 8 (10), 1516.
Оуэн М. и Гута член парламента (2019). Физически достаточные нейронные механизмы сознания. Границы системной нейронауки, 13, 24.
Педротти М., Вонг Т.С., Уайльд Э.А., Биглер Э.Д. и Лаатч Л.К. (2021). Применение нейропсихологии и визуализации при черепно-мозговых травмах и использование модели интегративной когнитивной реабилитационной психотерапии. Нейрореабилитация, (Препринт), 1-21.
Тротт, Р.Э., Кляйниг, Т.Дж., Хиллер, С.Л., Хоббс, Д.А., и Рейнольдс, К.Дж. (июнь 2019 г.). Модульная гибридная экзоскелетно-мягкая перчатка для обеспечения высокой степени свободы мониторинга. В 2019 г. прошла 16-я Международная конференция IEEE по реабилитационной робототехнике (ICORR) (стр. 577-582). IEEE.
Туролла А., Веннери А., Фарина Д., Каньен А. и Чунг В.К. (2018). Реабилитация вызвала пластичность нейронов после приобретенной травмы головного мозга. Нейронная пластичность, 2018.
