Эксперименты показали, как мозг учится управлять пересаженными мышцами

Исследователи Института когнитивных нейронаук ВШЭ  совместно с НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Турнера изучили, как мозг детей с артрогрипозом после пересадки мышц контролирует сгибание локтя. Оказалось, что у таких пациентов вовлекается больше моторных нейронов, то есть начало нового движения требует от мозга больше усилий. Исследование проводится в рамках гранта Российского научного фонда, возглавляемого Ииро Яскелайненом, научным руководителем Международной лаборатории социальной нейробиологии Института когнитивных нейронаук.

Артрогрипоз — врожденная аномалия опорно-мышечного аппарата, при которой конечности деформированы, суставы и мускулы недоразвиты, а движения в целом ограничены. Врожденный множественный артрогрипоз встречается у одного из 10 000 новорожденных. Заболевание не прогрессирует с возрастом и не снижает когнитивные способности ребенка.

При артрогрипозе важно восстановить способность к сгибанию локтя — тогда человек сможет заботиться о себе без посторонней помощи. Это достигается пересадкой мышц, которые смогут управлять локтевым сгибом. При реабилитации таких пациентов необходимо научить их мозг управлять конечностью так, как раньше ему было недоступно. Мозг не владеет паттерном движения, которое человек не воспроизводил в своей повседневной деятельности.

Исследование активности мозга, связанной со сгибанием локтя, позволяет разработать наиболее эффективные методики реабилитации пациентов с артрогрипозом, которым назначена пересадка мышц. Такие исследования редко проводились с участием детей, а их мозговая активность может сильно отличаться от активности у взрослых. Чтобы восполнить этот пробел, ученые провели эксперимент. Для участия в исследовании пригласили четверых детей с врожденным множественным артрогрипозом и пять здоровых детей 5–10 лет. Трое из четверых детей с артрогрипозом ранее перенесли операцию по пересадке мышцы для восстановления сгибания локтя. В исследовании также участвовала группа из пяти здоровых взрослых.

Во время эксперимента испытуемый сидел за столом и по команде экспериментатора подносил руку ко рту, имитируя процесс приема пищи. В это время активность его мозга записывалась с помощью магнитоэнцефалографа (МЭГ). Всего от участников требовалось совершить 80 движений — по 40  каждой рукой. Анализ собранных данных показал, что у пациентов с артрогрипозом, которые перенесли пересадку мышц, чаще наблюдалась двухсторонняя активация коры мозга при движении одной рукой. У них эта активность была более рассредоточена по коре по сравнению со здоровыми детьми и взрослыми.

Фото: Golosheykin et al./Frontiers in Pediatrics, 2021

«Активность двух сторон коры головного мозга можно объяснить общей трудностью в инициировании движения: пациентам с артрогрипозом нужно вовлечь больше моторных нейронов в эту задачу. При этом их движения были менее точными и более медленными по сравнению со здоровыми испытуемыми», — поясняет один из авторов статьи, старший научный сотрудник Института когнитивных нейронаук ВШЭ Евгений Благовещенский.

Динамика мозговой активности у пациентов отличалась от динамики здоровых испытуемых: вызванные движением мозговые отклики имели большее распределение во времени по сравнению с контрольной группой. Чем медленнее выполнялось движение пациентом, тем более распределенная во времени картина суммарной активности сопровождала его. Вероятно, это объясняется вовлечением сложного компенсаторного механизма в процесс сгибания локтя.

По мнению исследователей, так как после пересадки мышц именно начало движения вызывает у детей с артрогрипозом наибольшие трудности, возможные стратегии реабилитации таких пациентов могут включать неинвазивную стимуляцию мозга — она облегчит начало движения.

Статья, описывающая полученные результаты, опубликована в журнале Frontiers in Pediatrics, кратко о них рассказала пресс-служба РНФ.