Morphofunctional organization of the retrosplenial cortex

Full Text

Введение. Анатомически РСК располагается в кортикальной области, обозначенной Бродманном, как отдельные области 29 и 30, которые у людей образуют комплекс с областями 23 и 31 задней поясной извилины. Она играет важную роль в процессах, связанных с пространственной навигацией, памятью и обработкой информации о контексте. Исследования показывают, что повреждение ретросплениальной коры может привести к нарушениям памяти и трудностям с пространственной ориентацией, что подчеркивает её важность для когнитивных процессов. [1] Ретросплениальная кора активно изучается в контексте различных неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, где её функции могут быть нарушены. С учетом общемировой тенденции старения населения, количество людей,  страдающих от данного заболевания, продолжает расти. Болезнь Альцгеймера приводит к значительной потере когнитивных функций, что влияет на качество жизни пациентов и их семей Понимание механизмов, происходящих в РСК процессов, вероятно, поможет разработать эффективные стратегии профилактики и лечения данного неврологического заболевания, выявить способы замедления его прогрессирования и улучшения качества жизни, разработать методы ранней диагностики, что позволит  начать лечение на более ранних стадиях заболевания, когда оно еще может быть более эффективно. В настоящее время учеными различных научно-исследовательских лабораторий по всему миру независимо и параллельно проводится ряд исследований, направленных на изучение и анализ процессов, происходящих в РСК головного мозга. Обобщение и анализ накопленных данных  могли бы дать толчок к ускорению поиска способа лечения и ранней профилактики данного и других неврологических заболеваний, связанных с резки ухудшением когнитивных функций организма, что делает актуальной тему нашего исследования.

Цель работы: изучение и  анализ наиболее известных экспериментов и исследований, раскрывающих функционал ретросплениальной  коры головного мозга.

Материалы и методы исследования. Анализ, синтез, обобщение Нами был произведен анализ литературы, доступных интернет-источников, материалов научных журналов по данной тематике.

Результаты исследования. В настоящее время описаны доказательства того, что ретросплениальная кора (РСК) может действовать как интерфейс между извлечением памяти и визуально-пространственными процессами. После повреждения ретросплениальной коры были выявлены топографические дезориентации и дефициты навигации, что свидетельствует о сильной правосторонней латерализации РСК. Пациенты с небольшими очаговыми кровоизлияниями, локализованными в правой ретросплениальной области, проявляют дефициты в ориентации и испытывали значительные трудности с пространственными позиционными отношениями между двумя местоположениями в знакомой области. [2] Исследование водителей такси, которые перемещались по центральному Лондону в виртуальной среде, показывает полную активацию РСК как во время планирования маршрута, так и спонтанных решений об изменении своего маршрута во время навигации. [2]

 Ретросплениальная кора зачастую является объектом исследования в ряде экспериментов, изучающих физиологические особенности головного мозга. Развитие электрофизиологических записей в моделях животных позволяет глубже изучить участие ретросплениальной коры (РСК) в нейронной сети, лежащей в основе пространственной навигации. Гиппокамп, энторинальная кора и ретросплениальная кора — это основные структуры мозга, которые задействованы в создании внутренней карты окружающей среды. В мозге местоположение, расстояние и направление представлены соответственно клетками местоположения, решетчатыми клетками и клетками направления головы. [3]

Электрофизиологические записи из РСК грызунов выявили нейроны, которые кодируют аллокцентрическое представление местоположения. Эта небольшая популяция, составляющая около 10% клеток, называется клетками направления головы (HD); они активируются, когда животные удерживают определённое направление в окружении, независимо от своего положения, и становятся неактивными, когда голова направлена в другие стороны. Аллокцентрическое представление местоположения — это способ кодирования информации о пространственном расположении объектов относительно друг друга, а не относительно самого себя (то есть локально). В этом представлении учитываются координаты объектов в окружающей среде, что позволяет понимать, где находится один объект относительно другого.

Исследования с использованием повреждений, а также электрофизиологические записи на моделях грызунов предоставили разнообразную, но иногда противоречивую и непоследовательную картину функции ретросплениальной коры (РСК) в формировании памяти. Основной недостаток подхода с повреждениями заключался в его высокой инвазивности. Необратимые повреждения целых структур вызывали нежелательные эффекты, а необходимость восстановления после повреждения могла приводить к компенсаторным механизмам. Фармакологическая инактивация лишь частично решила эту проблему, так как неспецифический характер этих вмешательств, нацеленных на всю структуру, оставался проблематичным.

При исследовании активности нейронов ретросплениальной области коры в инструментальном пищедобывательном поведении у крыс разного возраста, проведенном сотрудниками лаборатории психофизиологии ФГБНУ Института психологии РАН и лаборатории функциональной нейрохимии, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина» А. Г. Горкиным, Е. А. Кузиной и другими  было обнаружено, что поведение старых и молодых особей значимо не различается. Однако старые крысы достоверно чаще проверяли пустые кормушки, по сравнению со взрослыми животными.[4].            Аналогичные результаты были получены в серии повторяющихся сравнительных исследований. Сравнение средней частоты импульсации нейронов в пищедобывательном поведении выявило достоверно более высокий уровень активности у нейронов РСК взрослых животных. Эти данные согласуются с результатами других исследований, в которых также было обнаружено уменьшение с возрастом средней частоты активности нейронов префронтальной коры и снижение доли высокоактивных нейронов гиппокампа и сенсомоторной области коры.[4]. Полученные данные позволили предположить, что в старости при обучении происходит меньшая, чем на предшествующих этапах жизни индивида, “достройка” имеющегося опыта за счет формирования новых нейронных специализаций и что внутренняя системная структура вновь сформированного поведения более “гомогенна”.[4]

При обучении крыс новым актам активности Е.А. Кузина  выявила значимое увеличение доли нейронов ретросплениальной коры, специализированных относительно поведенческих актов, связанных с подходом и нажатием на педаль, по сравнению с числом клеток, специфически активных в кормушечных актах пищедобывательного цикла. [4]

Е.В. Лосева, Н.А. Логинова, В.В. Гаврилов отметили реактивный глиоз в V слое разных областей неокортекса у крыс, выросших в темноте. По итогам проведения исследования был обнаружен реактивный глиоз во всех изученных областях коры, но наиболее выраженные изменения выявлены в ретросплениальной и зрительной областях коры.[5] Ранее на тех же крысах, выросших в условиях зрительной депривации, было показано, что происходит уменьшение общей толщины зрительной и ретросплениальной коры. При детальном анализе показано уменьшение толщины некоторых слоев коры во всех исследованных областях мозга. [5]

Из исследований проведенных Ивашкиной О.И., Тороповой К.А., можно можно сделать вывод о том, что область СА1 гиппокампа специфически вовлечена в формирование и извлечение ассоциативной памяти о комплексных сигналах естественной среды. Для исследования вопроса о нейронных субстратах этой памяти было проведено иммуногистохимическое картирование нейронной экспрессии гена c-fos в гиппокампе и ассоциативной ретросплениальной коре. Обнаружено, что только область СА1 гиппокампа, но не другие его области и ретросплениальная кора, активируется при извлечении ассоциативной памяти о комплексном условном сигнале, но не его компонентах. Кроме того, для области СА1 была обнаружена сильная положительная корреляция между уровнем замирания при извлечении памяти и количеством нейронов, активированных извлечением памяти.[6]

В эксперименте проведенном Кузиной Е.А на крысах, обученных циклическому пищедобывательному навыку нажатия на педаль для получения пищи из кормушки, регистрировали активность одиночных нейронов в течение первых двух недель после формирования поведения и после 30 сессий его ежедневного повторения. Была обнаружена общая тенденция в динамике состава нейронов, специализированных относительно разных актов поведенческого цикла, c увеличением интервала времени после обучения независимо от числа повторений нового поведения.[5]

Топорова К.А и Трошев Д.В в своих исследованиях, проводимых на мышах, в условиях формирования ассоциаций между новой обстановкой и стимулом доказали, что блокада синтеза белка как во время обследования новой обстановки, так и во время нанесения немедленного ЭКР в уже знакомой обстановке нарушает условно-рефлекторное замирание на эту обстановку. Ассоциация извлеченного напоминанием следа памяти об обстановке с ЭКР сопровождалась активацией экспрессии транскрипционного фактора c-Fos в ретросплениальной коре. Ретросплениальная кора специфически активировалась также и при последующем извлечении ассоциативной памяти на обстановку. Такой активации не наблюдалось у мышей с нарушенной памятью. В гиппокампе подобных различий не наблюдалось, а активация экспрессии c-Fos происходила в связи с обследованием новой обстановки, но не ее ассоциацией с ЭКР. Полученные результаты свидетельствуют о том, что ретросплениальная кора может выступать как область неокортекса, обеспечивающая формирование ассоциации между обстановкой и аверсивным безусловным стимулом.[4]

Анализ поведения животных при приобретении первого, питьевого навыка и второго, пищевого навыка,  проведенный Русак И.И. и Булавой А.И., показал, что среди животных, имеющих индивидуальные поведенческие различия, можно выделить особей, которые не приобрели ни первого, ни второго навыка. Средняя скорость таких особей оказалась ниже в несколько раз, и общее время, проведенное в движении, также оказалось существенно меньше. Оказалось, что число нейронов, изменивших экспрессию генов в бочонковом поле соматосенсорной коры при формировании второго навыка, зависит от того, насколько быстро животные обучились первому «вибриссному» навыку. Число таких нейронов достоверно отличалось у этих двух групп животных. При этом число таких нейронов в ретросплениальной коре не различалось достоверно. Таким образом, были сделаны выводы, что чем больше животные делают ошибок при формировании навыка 1, тем больше нейронов вовлекается в реорганизацию этого старого опыта навыка 1 при формировании нового навыка 2.[7].

В 2023г сотрудники  инженерно-физический институт биомедицины Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Гуляев С.А., Ханухова Л.М. и Гармаш А.А. провели исследование биоэлектрической активности ретросплениальной коры головного мозга. Исследовали 36 здоровых добровольцев различного возраста, подписавших добровольное информированное согласие. Из них 19 человек — до 30 лет, 17 — старше 30 лет. Средний возраст обследованных составил 29,1 года. Всем обследуемым проводили ЭЭГ-запись, включавшую исследование фоновой мозговой активности в состоянии пассивного расслабленного бодрствования с закрытыми глазами в положении «сидя» и аналогичное исследование в положении «лежа» (с контролем наступления физиологического сна). Анализ альфа-активности в затылочных и теменных отведениях, проведенный в общей группе, выявил уменьшение частоты альфа-активности перед засыпанием, причем в группе обследованных старше 30 лет снижение частоты альфа-активности перед засыпанием было статистически значимым. Исследование показало, что  определяемая при классическом ЭЭГ- исследовании альфа-активность представляет собой не единый «базовый» ритм, характерный для мозговых структур, а комбинацию нескольких сходных по частотно- амплитудным характеристиками ритмов. Указанную биоэлектрическую активность продуцируют различные мозговые структуры, в частности и ретроспениальная кора. Это позволило по- новому трактовать результаты работ, выявляющих неоднородность спектров альфа-ритма у людей с различными психическими девиациями. По мнению авторов исследования, использование частотного анализа биоэлектрической активности головного мозга в классической методике не может являться эффективным методом исследования высших нервных функций.. [8]

Эксперимент, в котором испытуемым мужчинам и женщинам во время проведения МРТ предлагалось  прочитать три разных типа предложений, которые описывали либо что-то постоянное, либо преходящее, где первые два типа предложений были образными, с акцентом либо на пространственном ориентире, либо на действии, а третий тип предложений включал необразные абстрактные концепции, проведенный Auger SD, Maguire EA.показал, что РСК была вовлечена в постоянные ориентиры  и в стабильные и последовательные действия, но не реагировала на преходящие ориентиры или действия или на абстрактные концепции, даже те, которые воплощали понятие стабильности. Учеными был сделан вывод, что РСК может не только помочь в картографировании пространственных сред, но и, возможно, предоставить информацию о надежности событий, происходящих в них. [9]

Анализ данных функциональной магнитно-резонансной томографии в состоянии покоя у здоровых стареющих участников, пациентов с субъективными когнитивными нарушениями, проведенный группой ученых Kim N H Dillen , Heidi I L Jacobs , Juraj Kukolja и другими показал связь между активностью РСК и функциями памяти, а также такими заболеваниями как болезнь Альцгеймера, Изменение активности РСК может быть одним из наиболее ранних признаков деменции [10] . Полученные данные подтверждаются рядом других исследований. Наиболее качественные результаты исследований функций ретросплениальной коры показываются на испытуемых с повреждениями данного участка мозга. Пациенты с поражением РСК демонстрируют дефицит личных автобиографических воспоминаний при сохранении общей интеллектуальной функции. В исследовании Edward Valenstein, Dawn Bowers из университета Флориды наблюдали  за 39-летним мужчиной-пациентом, у которого  развилась ретроградная и антероградная амнезия после кровоизлияния из артериовенозной мальформации, расположенной около валика мозолистого тела.  Исследования МРТ показали повреждение валика и области, содержащей ретросплениальную кору и поясную извилину. Свод был спереди и ниже места максимального повреждения, но мог быть вовлечен; терминальная полоска, вероятно, была сохранена. Структуры, известные как важные для памяти, но сохраненные поражением, включали гиппокамп, таламус и базальную часть переднего мозга. Ретросплениальная кора получает входные данные от субикулума и проецируется в передний таламус, таким образом обеспечивая альтернативный путь между гиппокампом и таламусом. Возможно, что еще важнее, медиальные височные структуры, участвующие в памяти, получают передний таламический входные данные непосредственно через поясную извилину и косвенно через реле в ретросплениальной коре. Можно предположить,  что эта таламокортикальная часть цепи Папеза может играть важную роль в памяти, и что поражения поясной и ретроспленальной коры могут вызывать амнезию, нарушая этот путь. [10]

Заключение. Изучение ретросплениальной коры (РСК) имеет большое значение для понимания ряда когнитивных процессов, таких как пространственная навигация, память и обработка информации о контексте. Основные функции РСК:

1. Пространственная навигация: Ретросплениальная кора помогает формировать и поддерживать внутренние карты окружающего пространства. Она интегрирует информацию из различных сенсорных модальностей и является важной для ориентации в пространстве.
2. Память и контекст: Эта область участвует в контекстуальной памяти, помогая запоминать и вспоминать информацию в зависимости от окружающей обстановки. Это особенно важно для ассоциативного обучения, когда контекст влияет на воспоминания.
3. Связь с другими областями мозга: Ретросплениальная кора взаимодействует с гиппокампом, парагиппокампальной корой и другими структурами, что делает её частью более широкой сети, ответственной за когнитивные функции.

Ученые не до конца изучили функции РСК. Из этого следует, что РСК является актуальной темой для современных исследований.

About the authors

Alesia D. Sitsko

Grodno State Medical University

Author for correspondence.
Email: sitkoalesya@yandex.by
ORCID iD: 0009-0003-0939-3904
Belarus, 230009,Republic of Belarus, Grodno, Gorkogo str, 80

Elizaveta I. Bon

Grodno State Medical University

Email: asphodela@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-3895-8383

Associate professor of the Department of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University

Belarus, 230009,Republic of Belarus, Grodno, Gorkogo str, 80

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.