Что такое гиппокамп?
Гиппокамп расположен в нижней средней части мозга, известной как височная доля, с двух стороны. Размер гиппокампа составляет 1/100 размера коры головного мозга и состоит из трех слоев с характерными пирамидальными клетками.
Люди знали о гиппокампе в течение 4-х веков, что делает его одним из наиболее изученных участков головного мозга. Его основные функции включают обучение и память.
В 1950-е годы одному больному с эпилепсией, которому не помогло лечение, решили провести операцию на головном мозге. Часть мозга, которая, казалось, вызывала эпилептические припадки, была удалена. Это были гиппокампы.
Пациент восстановился после операции, но у него появились серьезные проблемы с памятью. Он помнил свое раннее детство, но не мог вспомнить, сколько ему лет. Что еще более важно, он не мог вспомнить новые события или слова. Больной даже забывал, что он недавно говорил. После его смерти в 2008 году ученым удалось значительно расширить понимание памяти и болезни мозга.
Гиппокамп является частью лимбической системы, которая включает в себя область головного мозга, связанную с чувствами и реакцией. Расположенная на периферии коры, лимбическая система включает в себя гипоталамус и миндалину. Эти структуры помогают контролировать различные функции тела, такие как эндокринная система.
Связь с заболеваниями
Нарушение функций гиппокампа наблюдается при следующих заболеваниях и синдромах:
- Болезнь Альцгеймера, в ранних стадиях проявляющаяся в расстройстве кратковременной памяти, а позднее и долгосрочной. При этом происходит уменьшение размеров гиппокампа. Патология чаще всего возникает в пожилом возрасте (старше 65 лет). Постепенно у пациента происходит нарушение речи, когнитивных способностей, ориентации в знакомой обстановке. Он становится неспособным ухаживать за собой.
- Гипоксия (кислородное голодание).
- Воспаление головного мозга (энцефалит).
- Височная эпилепсия. Это заболевание более чем в 30% случаев связано с перинатальным поражением мозга при гипоксии плода, инфекционными патологиями (корь, краснуха, сифилис и другие), а также может возникнуть после родовых травм.
При поражении гиппокампа наблюдается синдром Корсакова, при котором человек не может запомнить текущие события, но события из далекого прошлого в его памяти сохраняются. Больные дезориентируются во времени и пространстве, не знают, где находятся, и не могут назвать текущую дату.
Функции гиппокампа
Гиппокамп участвует в двух определенных видах памяти: декларативная память и пространственная память.
Декларативная память связана с фактами и событиями. Изучение того, как запоминать речь или линию в игре, является хорошим примером декларативной памяти в действии.
Пространственная память связана с запоминанием маршрута, например, когда водитель такси может помнить маршрут города. Исследователи теперь могут сказать, что пространственная память сохраняется в правом гиппокампе.
Гиппокамп также играет другую важную роль в памяти. Это место, где краткосрочные воспоминания превращаются в долгосрочные, а затем сохраняются в другой области головного мозга. Раньше считалось, что новые нервные клетки развиваются только в эмбрионах или у детей младшего возраста, но новые исследования показали, что нервные клетки развиваются в течение всей взрослой жизни. Гиппокамп является одним из немногих мест в головном мозге, где образуются новые нервные клетки.
При повреждении гиппокампа, вызванного заболеваниями или травмами, у человека могут появиться проблемы с памятью. Они не могут вспомнить недавние события, но помнят о событиях, которые произошли давно.
Транзиторная глобальная амнезия
является специфической формой потери памяти, которая развивается внезапно, казалось бы, сама по себе. У большинства пациентов с транзиторной глобальной амнезией память восстанавливается, но исследователям не совсем ясно, почему это происходит.
(с) Wikimedia/Life Sciences Database
Память
Многие ученые сходятся во мнении, что гиппокамп играет важную роль в формировании новых воспоминаний. Эта область мозга участвует также в эксплицитной памяти, связанной с осознанными воспоминаниями, например, событиями из далекого прошлого. Однако, как показывают исследования, при повреждении гиппокампа функции получения новых навыков (игра на музыкальном инструменте и другие) не утрачиваются полностью.
Существует мнение, что данный участок мозга способствует удержанию информации у человека в бодрствующем состоянии, а во время сна переводит ее в кору больших полушарий. Гиппокамп задействуется также каждый раз в те моменты, когда необходимо запомнить и воспроизвести пространственные ориентиры, то есть способствует формированию когнитивных карт или образа знакомого предметного окружения.
Болезни, поражающие гиппокамп
Гиппокамп является чувствительной областью головного мозга, на него могут оказывать негативное воздействие многие различные состояния, в том числе длительное воздействие сильного стресса.
Три заболевания, которые влияет на способность гиппокампа выполнять свою функцию:
- Болезнь Альцгеймера;
- Эпилепсия;
- Депрессия.
Болезнь Альцгеймера
является ведущей причиной слабоумия и потери памяти. По мере прогрессирования болезни пораженные участки головного мозга начинают уменьшаться. Гиппокамп теряет объем и не в состоянии нормально функционировать.
Существует тесная связь между гиппокампом и эпилепсией
. У 50 — 75 % пациентов, страдающих эпилепсией, после вскрытия были обнаружены повреждения гиппокампа. Как отмечают исследователи, пока не ясно, эпилепсия является причиной или следствием повреждения гиппокампа.
Гиппокамп также теряет объем в случаях тяжелой депрессии.
Существует немало доказательств того, что стресс оказывает негативное влияние на гиппокамп. Так, российские ученые выяснили механизм того, как стресс влияет на гиппокамп, а люди с болезнью Кушинга имеют ряд симптомов, связанных с высоким уровнем кортизола. Этот гормон вырабатывается, когда люди находятся в состоянии стресса. Один из симптомов — это уменьшение размеров гиппокампа. В настоящее время гиппокамп является предметом новых исследований. Ученые считают, что физические упражнения в пожилом возрасте могут укрепить способность этой структуры генерировать новые нервные клетки. Это позволило бы сохранить и потенциально улучшить память.
Как гиппокамп связан с нашей эпизодической памятью
Ученые из Чикаго проверили эксперимент, в ходе которого стимулировали нейронные связи между корой мозга и гиппокампом. Подобное стимулирование приводило к тому, что активность гиппокампа уменьшалась, в результате чего участники лучше вспоминали детали в тестах на память. Оказывается, гиппокамп не только является дирижером нашей эпизодической памяти, но и оптимизатором наших воспоминаний, делая их более однообразными и менее яркими. Статья опубликована в журнале Current Biology.
Гиппокамп.
Что такое эпизодическая память с точки зрения мозга? Нейронаука говорит, что наши воспоминания о каких-то событиях — это повторная активация тех же самых нейронов, что были задействованы в момент запоминания. Для активации правильного набора нейронов необходим контроль, который осуществляется такой структурой в мозге, как гиппокамп.
Гиппокамп — это своеобразный центр памяти человека, структура, которая ответственна за консолидацию воспоминаний. Отсутствие гиппокампа (как в известном случае с Генри Молисоном) или сбои в его работе приводят к тому, что у человека не формируются новые долговременные воспоминания. Эксперименты с функциональной магнитно-резонансной томографией (фМРТ) показали, что гиппокамп словно дирижирует мозгом в момент, когда мы вспоминаем какое-то событие: активность гиппокампа хорошо коррелирует с активностью других областей коры. Таким образом, гиппокамп как бы объединяет детали воспоминаний, которые хранятся в самых разных областях (например, красивый пейзаж, который мы помним, частично закодирован в зрительной коре, а пение птиц, которое мы слышали, пока наблюдали пейзаж, в слуховой).
Гиппокамп управляет эпизодической памятью, связывая такие зоны мозга, как медиальная и боковая височные доли, теменная кора, медиальная лобная кора, целый ряд подкорковых зон.
Зная зоны мозга, ответственные за эпизодические воспоминания, ученые могут с помощью различных технологий влиять на этот вид памяти. Одна из таких технологий — транскраниальная магнитная стимуляция, а вернее ее конкретный тип: таргетированная стимуляция гиппокампальной сети. ТМС применяется к тем зонам мозга, которые функционально связаны с гиппокампом. В данном эксперименте стимулирование осуществлялось кратковременными бифазными тройными тета-вспышками с частотой в 50 Гц, производимыми каждые 200 мс. Считается, что такая частота успешно повторяет естественную активность мозга. Данные предыдущих экспериментов показали, что такие параметры стимулирования могут улучшить показатели тестов на запоминание слов или расположений.
Credit: public domain
Одной из наиболее тесно связанных с гиппокампом зон является боковая теменная кора (lateral parietal area). В начале эксперимента ученые стимулировали 20 участникам эту зону, после чего помещали их в фМРТ сканер. Далее участникам показывали несколько видеофрагментов, которые необходимо было запомнить как можно лучше.
Структура эксперимента
Credit: Hebscher, M., et al. Current Biology, 2021
Видеофрагменты, наполненные большим количеством деталей, рассказывали о различных сценах из повседневной жизни. После просмотра таких клипов, ученые проверяли, как участники запомнили конкретные детали видео с помощью двух опросников: один ряд вопросов исследовал память на общий смысл видео, другой был посвящен его контексту. Также участников просили ответить на вопрос о том, насколько яркие воспоминания по их субъективному мнению.
Credit: Hebscher, M., et al. Current Biology, 2021
На следующий день ученые вновь приглашали участников и повторяли процедуру (session 2). Однако на этот раз они стимулировали уже другую зону, которая никак не связана с гиппокампом. Таким образом, ученые смогли собрать данные о том, как работает мозг, когда запоминает и вспоминает какой-то материал при наличии и отсутствии магнитной стимуляции.
Исследователи, имея паттерн нейронной активности в момент запоминания и воспроизведения, далее сравнивали их. Результаты эксперимента показали, что после применения стимуляции, участники лучше (точнее) отвечали на вопросы второй категории, которые были связаны с контекстом видео-фрагментов. При этом в контрольной группе, где стимуляция происходила в тех зонах мозга, которые не имели отношения к эпизодической памяти, ситуация обстояла иначе, как видно из графика ниже.
Credit: Hebscher, M., et al. Current Biology, 2021
Тот факт, что увеличилась точность памяти, говорит о том, что стимулирование теменной коры влияло на функции гиппокампа, а не самой теменной коры. Как показали предыдущие исследования, воздействие на теменную кору повлияло бы на яркость воспоминаний, однако этот показатель не изменился.
Сравнивая активность разных полушарий, ученые убедились, что стимуляция повлияла в основном на левую половину мозга.
Стоит также отметить, что нейронные паттерны при запоминании одинаковой информации схожи между собой. Таким образом, можно предположить, что стимулирование повлияло как на релевантные нейроны (которые активировались в ответ на показываемое видео), так и на нерелевантные (которые активировались в ответ на другие видео, уже находящиеся в памяти). Таким образом, возможно, стимуляция не влияла на конкретное запоминание, а лишь изменяла свойства нейронов, ответственных за сам процесс? Ученые ответили и на этот вопрос. Оказалось, что стимулирование способствовало лучшему восстановлению паттернов активности для релевантного видеофрагмента, и уменьшала память на детали нерелевантного материала.
Как же объяснить полученные результаты?
Ученые предположили, что стимулирование приводит к тому, что уменьшается активность гиппокампа в левом полушарии. Это в свою очередь влияет на другие зоны мозга (в левом полушарии).
Возможно, что, чем больше активность гиппокампа в момент запоминания, тем больше наш мозг обобщает увиденное. В результате, при ответах на вопросы все видео (и релевантные и нерелевантные в конкретный момент времени) кажутся нам одинаковыми. Гиппокамп как бы обобщает все детали, а также подавляет другие зоны, которые стараются запечатлеть уникальные особенности видеофрагмента. Кора, в свою очередь, наоборот, способствует тому, что мы запоминаем конкретику. В итоге, без стимуляции точность нашей эпизодической памяти падает.
Credit: Hebscher, M., et al. Current Biology, 2021
Сравнивая нейронные паттерны активности, ученые убедились, что функционирование гиппокампа приводило к более частому перекрытию разных нейронных областей. То есть, действительно, терялась специфичность информации.
В то же время меньшая активность гиппокампа была связана с тем, что участники лучше вспоминали различные детали для конкретных видеофрагментов. В этом и сказался положительный эффект стимуляции, которая как бы подавляла активность гиппокампа в момент запоминания. Подавляла обобщение.
Выходит, что стимулирование теменной коры, которая тесно связана с гиппокампом (функционально), увеличило точность памяти, а также способствовало тому, что паттерн активности (в теменной и затылочной коре) при воспроизведении более точно повторял паттерн при запоминании. К такому результату приводила даже одна сессия тета-стимулирования. А что же тогда может быть, если производить такую стимуляцию постоянно? В дальнейшем, ученые планируют ответить и на этот вопрос.
«Вот почему иногда нам кажется, что воспоминание каких-то событий из жизни — это как ментальное путешествие во времени, —
говорит ведущий исследователь, Мелисса Хебшер.
—Наши результаты показывают, что стимулирование улучшает такое ментальное путешествие, улучшает его точность. А это в свою очередь открывает дорогу для разработки безопасных и эффективных способов улучшения памяти у людей».
Текст: Никита Отставнов
Hebscher, M., Kragel, J. E., Kahnt, T., & Voss, J. L. (2021). Enhanced reinstatement of naturalistic event memories due to hippocampal-network-targeted stimulation. Current Biology
. doi:10.1016/j.cub.2021.01.027
Лечение
Для уменьшения симптомов заболевания неврологи Юсуповской больницы назначают противоэпилептические препараты. Средством первого выбора является Карбамазепин. К препаратам второго выбора относятся Вальпроат, Дифенин и Гексамидин. После лечения у части пациентов прекращаются приступы, наступает продолжительная ремиссия.
При устойчивости к проводимой терапии и прогрессировании склероза гиппокампа хирургическое лечение проводится в клиниках-партнёрах. Оно заключается в удалении височной доли мозга (лобэктомии). После операции в 70-95% случаев уменьшается количество приступов. Если вы столкнулись с проблемой склероза гиппокампа и желаете получить квалифицированную специализированную медицинскую помощь, позвоните по телефону. Вас запишут на консультацию невролога Юсуповской больницы.
Миндалевидные ядра
В серии аутопсий головного мозга больных шизофренией не выявлено существенного увеличения объема миндалевидных ядр (Steven A. et al., 2002). Однако, данные полученные при помощи МРТ, в настоящее время относятся к достаточно грубым методам изображения, не говоря уже о КТ и по сравнению с аутопсией могут быть менее достоверными.
В сравнительном обзоре Wright et al (2000), изучавшим размеры 44 областей мозга при шизофрении, было отмечено, что миндалины левого и правого полушарий сокращены в своем объеме на 10% и это заметно в большей степени, чем сокращение обема остальных участков мозга. Потеря серого вещества миндалевидного тела и изменение формы последнего так же были доказана с помощью тех исследований, которые обращали внимание на показатели желудочко-мозгового индекса. В то же время многие авторы отмечают методологические трудности исследования миндалевидного тела лимбической системы больных шизофренией.
Вернуться к Содержанию
