В рамках проекта Human Connectome Project Leo R. Zekelman et al. провели исследование, включающее 809 здоровых участников. Используя метод диффузионо-тензорной магнитно-резонансной томографии, авторы изучали 20 ассоциативных трактов белого вещества, которые, предположительно, могут быть ассоциированы с языком и моделью психического состояния (Theory of mind). Для контроля полученных данных использовали результаты нейропсихологических оценок семантической памяти (тест словарного запаса изображений NIH Toolbox, TPVT) и восприятия эмоций (тест распознавания эмоций Пенна, PERT).
Обнаружено, что на производительность семантической памяти влияет количество линий тока левого верхнего продольного пучка, а на производительность восприятия эмоций — правого верхнего продольного пучка. Кроме того, как производительность семантической памяти, так и восприятие эмоций связано с фракционной анизотропией левого дугообразного пучка. Результаты указывают на множественные перекрывающиеся тракты белого вещества, лежащие в основе когнитивных областей языка и модели мышления.
В ассоциативной коре расположены такие когнитивные функции, как язык и модель психического состояния, которые способствуют успешной коммуникации, обеспечивая понимание слов, убеждений и эмоциональных состояний. Диффузионная магнитно-резонансная томография (дМРТ) оценивает клеточную микроструктуру путём измерения случайной диффузии молекул воды в головном мозге и может использоваться для неинвазивного картирования соединений белого вещества (т. е. волоконных путей). Исследования диффузионной МРТ выявили многочисленные и иногда противоречивые тракты белого вещества, связанные с этими функциями. Например, правый нижний затылочный лобный пучок (НЗЛП) был связан с улучшением понимания языка у здоровых людей, в то время как исследования пациентов с глиомой предоставляют доказательства роли левого НЗЛП в обработке речи. Аналогичным образом были получены противоречивые данные о взаимосвязи между показателями правого крючковидного пучка и оценкой обработки эмоций на лице.
Чтобы устранить ограничения и расширить результаты предыдущих исследований, в настоящем исследовании изучаются 20 трактов белого вещества в большом наборе данных о 809 здоровых мозгах в рамках проекта Human Connectome Project. Внутриполушарные соединения путей белого вещества, изученные в этом исследовании, включают левый и правый дугообразные пучки, поясной пучок, крайнюю капсулу, нижний продольный пучок, нижний затылочно-лобный пучок, средний продольный пучок, верхние продольные пучки I, II, III и крючковидный пучок.
Исследованные структурные показатели лишь слабо влияют на когнитивную функцию у здоровых взрослых, поскольку одной моделью можно объяснить менее 10% вариабельности когнитивных показателей. По результатам текущего исследования, языковая сеть латерализована в левом полушарии, а модель психического состояния — в правом. Как показано на рис. 1, большинство трактов белого вещества, влияющих на семантическую память, находятся в левом полушарии, на восприятие эмоций — в правом. При этом результаты исследования подразумевают, что ни один из этих субкомпонентов языка и модели психического состояния не локализован абсолютно в одном полушарии.
Рис. 1. Визуализация ассоциативных участков белого вещества с микроструктурой, которая существенно влияет на результаты тестов: PERT или TPVT.
В результате исследования обнаружено, что микроструктура левого дугообразного пучка влияет на эффективность восприятия эмоций и производительность семантической памяти. Кроме того, результаты исследования указывают на то, что верхний продольный пучок III играет роль в функциональной латерализации языка и модели психики. Авторы обнаружили, что количество линий тока (number of streamlines) левого верхнего продольного пучка III (рис.2) значительно влияет на производительность семантической памяти, а количество линий тока правого верхнего продольного пучка III — на производительность восприятия эмоций. Также области левого полушария, которые связаны левым дугообразным пучком и левым верхним продольным пучком III, чаще ассоциируются с процессами, связанными с языком, чем с процессами, связанными с моделью психического состояния. Области в левой верхней, средней и нижней височной коре, где заканчиваются линии тока левого дугообразного пучка, были связаны с различными языковыми процессами, включая кодирование звуков речи, мыслительные процессы и понимание. Левые лобные области (и в частности, левая передняя часть), которые получают множество окончаний как от левого дугообразного пучка, так и от левого верхнего продольного пучка III, также были связаны с различными языковыми и речевыми функциями. Наконец, левые теменные области, такие как супрамаргинальная и нижняя теменные коры, которые получают сигналы от левого верхнего продольного пучка, были связаны с семантической обработкой. Авторы предполагают, что взаимодействия, опосредованные левым верхним продольным пучком, могут быть предпосылкой для жестового общения , которое «предвещает» лингвистическое общение. Также предполагается, что эти связи участвуют в артикуляционных аспектах языка.
Рис. 2. Изображение трактов дугообразного и верхнего продольного пучков III относительно областей коры, которые они соединяют
Также выявлено, что правый средний продольный пучок и правый несвязанный пучок влияют на производительность семантической памяти. Следует уточнить, что активность среднего продольного пучка прослеживается с вовлечением нижней и верхней теменных долек, верхней височной извилины и височного полюса. Следовательно, можно ожидать, что это связано не только с языковой функцией, но и с визуальным пространственным восприятием, что может объяснить преимущественную локализацию в правом полушарии. Области правого полушария, которые связаны через правый верхний продольный пучок, в литературе часто ассоциируются с процессами, связанными с моделью психического состояния. Правые теменные области, в которых заканчиваются линии потока от правого верхнего продольного пучка III (иногда называемые правым височно-теменным соединением), связаны с физическими, социальными, когнитивными и эмоциональными процессами. Правые нижние лобные области, где заканчиваются линии потока правого верхнего продольного пучка, непоследовательно связаны с процессами психического состояния, возможно, из-за парадигматических ограничений дМРТ.
Это исследование отражает, как язык и подкомпоненты психической модели отражаются в ассоциативных трактах белого вещества. Результаты исследования демонстрируют, что микроструктура белого вещества способна влиять на оценку семантической памяти и восприятия эмоций, двух критических подкомпонентов языка и сетей психической модели. Они также указывают на то, что множественные перекрывающиеся тракты белого вещества лежат в основе когнитивных областей языка и модели мышления. Как показывает это исследование, познание не только расположено в ассоциативной коре, но также отражается в микроструктуре нижележащих ассоциативных трактов белого вещества.
Перевод: Сизикова Е. А.
Редактура: Мешков Г. М.
Источник: Zekelman LR, Zhang F, Makris N, He J, Chen Y, Xue T, Liera D, Drane DL, Rathi Y, Golby AJ, O’Donnell LJ. White matter association tracts underlying language and theory of mind: An investigation of 809 brains from the Human Connectome Project. Neuroimage. 2022 Feb 1;246:118739. doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.118739. Epub 2021 Nov 29. PMID: 34856375; PMCID: PMC8862285.