W jaki sposób uszkodzony mózg reorganizuje swoje działanie, by odzyskać możliwości prowadzenia działań matematycznych?
Gdy w ludzkim mózgu dochodzi do uszkodzenia, może to spowodować utratę pewnych zdolności zależnych od funkcjonowania tego konkretnego obszaru i jego współdziałania z innymi częściami mózgu. Jeśli do uszkodzenia dochodzi powoli i stopniowo, mózg w końcu dostosuje się do zachodzących zmian i znajdzie sposób na zachowanie zagrożonych umiejętności. Naukowcy odkryli na przykład, że w przypadku uszkodzenia obszarów mózgu odpowiedzialnych za język, mózg zaczyna ostatecznie wykorzystywać inne swoje regiony do podtrzymania tej umiejętności. Jednocześnie niewiele wiadomo na temat tego, w jaki sposób podtrzymywane są zdolności matematyczne, gdy dojdzie do uszkodzenia mózgu w obszarze pierwotnie za nie odpowiedzialnym. Finansowany ze środków UE projekt Re-MAPMATH miał na celu prześledzenie elastyczności korzystania z różnych obszarów mózgu w podejmowaniu działań matematycznych u pacjentów z guzem mózgu przed i po operacji. Zespół uważa, że projekt zakończył się sukcesem. Udało się nie tylko zmierzyć aktywność mózgu u pacjentów cierpiących na jego uszkodzenie, ale także uzyskać wgląd w funkcjonowanie zdrowego mózgu. Dane pobrane z prób z udziałem zdrowych uczestników dostarczą nowych informacji dotyczących przeprowadzania obliczeń w mózgu rozumianym jako sieć. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Porównaliśmy procesy związane z działaniami prowadzonymi na liczbach i procesy językowe z wynikami uzyskanymi po reorganizacji mózgu. Normatywne dane pacjentów pozwalają nam zobaczyć kontrast między zdrowym mózgiem a mózgiem zreorganizowanym”, mówi Elena Salillas, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie” pracująca na Uniwersytecie Padewskim i koordynatorka projektu Re-MAPMATH.
Rozproszona aktywność mózgu
„Korzystanie z systemów liczbowych wymaga odwołań do unikalnych elementów wyróżnianych w strukturze mózgu i korzystania z funkcji współdzielonych z innymi jego domenami. Na przykład aby zrozumieć czytany akapit tekstu, musimy użyć pamięci roboczej”, wyjaśnia Salillas. Takie połączenie swoistej i rozproszonej aktywności mózgu jest również niezbędne podczas prowadzenia działań matematycznych. Na przykład wykonanie w pamięci mnożenia 22 × 44 wymaga wyobraźni przestrzennej. Uszkodzenie mózgu spowodowane czymś w rodzaju udaru może wpływać na te obszary, a także na ogólne domeny mózgu. „Układ odpowiadający za zdolności matematyczne, podobnie jak większość układów poznawczych, tworzy złożoną sieć, której każda część może ulec zmianie. Niektóre z braków dotyczą konkretnie liczb, inne nie. W efekcie możemy mówić o wielu zmianach w mózgu, które mogą prowadzić do powstania nabytych zaburzeń natury obliczeniowej”, dodaje Salillas.
Funkcje odpowiedzialne za zdolności matematyczne wystawione na próbę
Aby ocenić wpływ, jaki guz mózgu wywiera na funkcje odpowiedzialne za zdolności matematyczne oraz na późniejszą przebudowę struktur mózgowych, zespół przeprowadził specjalne badania z użyciem magnetoencefalografii (MEG) do pomiaru aktywności mózgu. Ta technika obrazowania polega na mierzeniu natężenia fal magnetycznych wytwarzanych przez mózg. Daje ona wyniki o dużej dokładności przestrzennej i czasowej, przez co umożliwia stwierdzenie szczytowej aktywności danych obszarów mózgu. Podczas badań uwzględniono cztery główne komponenty odpowiedzialne za działania na liczbach. Pierwsze z badań sprawdzało zdolność robienia przybliżeń. Polegało ono na szybkim, przybliżonym porównaniu dwóch zestawów punktów, których proporcje zmieniały się okresowo. Drugie sprawdzało zdolność pacjentów do wykonywania dokładnych obliczeń, takich jak sprawdzenie poprawności działania 3 × 2 = 4. Zespół wykrył w mózgu trzy główne sieci odpowiedzialne za tę umiejętność. Trzecie badanie polegało na wykrywaniu form liczbowych. „W tym badaniu uczestnik musiał stwierdzić, czy przemieszane cyfry lub poprawne formy liczbowe są cyframi, czy nie. Badanie tego rodzaju ma na celu ocenę wstępnego postrzegania symboli liczbowych”, wyjaśnia Salillas. Ostatnie badanie sprawdzało umiejętność dostosowania się do użytych symboli.
Odkrywanie nowych sieci
Naukowcy zajmujący się projektem odnotowali kilka spektakularnych sukcesów. Zespół po raz pierwszy z powodzeniem opisał sieci odpowiadające za wykonywanie prostych działań arytmetycznych i przedstawił dokładny opis zależności między aktywnymi wtedy obszarami mózgu. „Ponieważ zdecydowana większość badań neuroobrazowania dotyczących prowadzenia obliczeń wykorzystuje technikę fMRI (inny rodzaj obrazowania mózgu z niższą rozdzielczością czasową), wcześniej nie udało się zebrać tak dokładnych zależności czasowych”, mówi Salillas.
Słowa kluczowe
Re-MAPMATH, mózg, guz, matematyczne, zdolności, badanie, skanowanie, odzyskiwanie równowagi