Двигательного нейрогомункула перерисовали по-новому
В функциональной карте двигательной коры нашли зоны, помогающие координировать движения в масштабах всего тела.
У всех частей тела есть представительство в мозге — то есть они сообщаются нервными импульсами с определённой мозговой зоной. Есть зона для языка, зона для глаз, рук, ног и т. д. О каких импульсах идёт речь? О сенсорных и о двигательных: мозгу нужно ощущать тепло, холод, прикосновения и боль, которые чувствуют наши руки-ноги, а от себя он должен посылать им двигательные команды. И очень давно было замечено, что разные части тела представлены в мозге неравномерно. Мы это можем понять по собственному опыту: какие-то части тела чувствительнее других, а наши пальцы и язык совершают более сложные движения, чем локти или бёдра. И вовсе необязательно, чтобы представительства частей тела в мозге соответствовали их реальному расположению, то есть область, управляющая большим пальцем, вполне может оказаться рядом с областью, управляющей шеей.
Если на рисунке сопоставить части тела с соответствующими зонами коры полушарий, получится странный человечек-гомункул с огромными руками и губами и маленькими ножками. Его называют гомункулом Пенфилда, в честь знаменитого нейрохирурга, который систематизировал собственные и чужие данные о функциональных связях коры с телом человека. Различают гомункула сенсорного и гомункула моторного, хотя они довольно сильно похожи друг на друга.
Кортикальный гомункул появился к 1937 году и долгое время пользовался, что называется, непререкаемым авторитетом среди нейробиологов. Однако как минимум с начала XXI в. стали появляться данные, что гомункул не вполне точен. Например, появилось предположение, что в первичной моторной коре, от которой идут двигательные импульсы к мышцам, на самом деле есть не одна, а две двигательные нейронные системы: одна — та, что посылает непосредственные двигательные импульсы в части тела, и вторая, которая заведует мышечной синергией и следит за тем, чтобы движения были скоординированными.
Сотрудники Вашингтонского университета в Сент-Луисе затеяли перепроверить двигательного нейрогомункула с помощью данных функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В эксперименте участвовали несколько человек. Они выполняли простые движения (например, шевелили бровями или пальцами ног) и сложные движения (например, вращали кистью или стопой), пока активность их мозга фиксировали с помощью фМРТ; кроме того, активность мозга записывали в состоянии полного покоя — исследователей интересовало, как общаются разные участки коры, когда им не приходится управлять никакими движениями.
С одной стороны, новые данные отчасти подтвердили устройство двигательного гомункула: в двигательной коре действительно есть отдельные зоны, отвечающие за пальцы ног, пальцы рук, язык и т. д. Но при этом двигательные зоны сгруппированы в три части, соответствующие нижней части тела, торсу и рукам и голове. Внутри каждой «мегазоны» есть участки, которые соответствуют наиболее удалённым частям тела — например, пальцам. Такие участки будут находиться, условно говоря, посередине «мегазоны», то есть участок пальцев ног будет сидеть между участками коры, отвечающими за локти и предплечья.
Схема старого двигательного гомункула Пенфилда (слева) и новый перерисованный гомункул (справа). Иллюстрация: Evan M. Gordon et al., Nature (2023)
Наконец, самое важное — большие зоны головы, торса и нижней части тела перемежались зонами без какой-либо специализации. Эти странные участки, во-первых, оказались тесно связаны друг с другом, во-вторых, оказались тесно связаны с другими частями мозга, которые отвечают за планирование действий, за болевые ощущения, за регуляцию кровяного давления. Они активировались тогда, когда какое-то движение — всё равно, какое — только задумывалось. Исследователи пишут в Nature, что участки без специализации координируют действия в масштабах всего тела с учётом данных из других зон мозга, которые не посылают напрямую двигательных импульсов к мышцам. Конечно, никто не думал, что мозг не умеет координировать движения, но сейчас соответствующие зоны удалось обнаружить в явном виде, причём они оказались в составе двигательного нейрогомункула.
Экспериментальные данные, полученные на горстке добровольцев, перепроверили на десятках тысяч снимков фМРТ других людей. Десятки тысяч снимков подтвердили, что всё так и есть — гомункул (или функциональная карта моторной коры) у людей устроен действительно несколько иначе, чем было принято считать, и надо бы его перерисовать в соответствии с новыми данными, с учётом зон общего согласования и пр. Кстати, у младенцев, которым ещё нет года, эти зоны общего контроля себя ещё не проявляют, что вполне соответствует тому, что младенцам сложная координация движений пока недоступна. В перспективе более точное изучение устройства двигательной коры нашего мозга поможет найти более эффективные методы терапии разнообразных двигательных расстройств.
