Команда исследователей из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ выявила неизвестные ранее возрастные изменения в активности мозга при восприятии слуховой информации в группе детей 7-12 лет. Ученые применяли сверхточный метод записи работы мозга — магнитоэнцефалографию (МЭГ). Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем для выявления нарушений восприятия речи у детей с аутизмом.
Исследование опубликовано в журнале Human Brain Mapping. Нейроны — клетки головного мозга — коммуницируют между собой с помощью электрических импульсов. Считается, что в процессах восприятия и обработки информации (в том числе акустической) важна не только суммарная электрическая активность нейронов, но и ритмическая активность групп нейронов в различных частотных диапазонах. Одним из типов ритмической активности мозга, играющих значимую роль при восприятии, являются импульсы в диапазоне гамма-ритмов. Гамма-ритмы — это колебания в мозге человека с частотами от 30 до 150 герц (Гц).
Предыдущие исследования показали, что у маленьких детей зарегистрировать гамма-ритмы крайне сложно. Ученые объясняют это тем, что данный тип активности мозга связан с тормозной системой, которая формируется к пубертатному периоду, и, как следствие, мощность гамма-ритмов увеличивается с возрастом до раннего переходного возраста у детей. Гамма-ритмы отражают баланс между уровнем возбуждения и торможения в мозге, поэтому возрастные изменения в мощности гамма-активности свидетельствуют о возрастных изменениях этого баланса.
Ученые из Центра языка и мозга ВШЭ исследовали возрастные изменения в активности гамма-ритмов в слуховой коре у 30 детей начальной школы (7-12 лет). Для этого они использовали классическую парадигму «слухового навязывания» (Auditory Steady-State Response), предъявляя амплитудно-модулированные тоны в диапазоне 40 Гц. Эта парадигма позволяет регистрировать ритмическую активность нейронов слуховой коры на частоте 40 Гц (то есть гамма-ритмов).
Для записи активности мозга был использован уникальный метод магнитоэнцефалографии, который позволяет регистрировать суммарную активность нейронов в хорошем временном и пространственном разрешении. Иными словами, ученые могут выявить, как протекает сигнал в миллисекундном разрешении, и указать на локализацию источника активности в коре мозга.
Результаты работы показали, что мощность гамма-ритмов в слуховой коре действительно увеличивалась в зависимости от возраста: у более старших детей мощность была выше, чем у младших. Но кроме того, исследователи впервые показали, что источник генерации этой активности в мозге тоже может меняться с возрастом.
А именно: у старших детей по сравнению с младшими источник был расположен в более задней части первичной слуховой коры. Более того, исследователи впервые продемонстрировали, что и второй тип активности (суммарный нейромагнитный ответ на слуховой стимул) в том же регионе мозга также менялся с возрастом: амплитуда сигнала была меньше у старших детей.
Наконец, результаты показали, что два типа мозговой активности были связаны друг с другом: чем выше была мощность ритмической активности в гамма-диапазоне, тем ниже была амплитуда суммарного магнитного ответа на стимул. Исследователи считают, что все эти эффекты связаны с возрастными изменениями баланса между возбуждением и торможением.
«Возрастные изменения в различных типах активности могут быть сторонами одного и того же процесса развития слуховой коры, — считает автор статьи, младший научный сотрудник Центра языка и мозга Вардан Арутюнян. — Понимание этих механизмов в дальнейшем поможет изучению слухового восприятия у детей с нетипичными траекториями развития. Например, большое количество исследований выявили атипичное функционирование гамма-ритмов у детей с аутизмом. Вероятно, это может быть одним из нейрофизиологических механизмов нарушения восприятия речи у таких детей».