Dlaczego niektóre dzieci słyszą, ale nie zawsze rozumieją sens słów czy zdań? Naukowcy od lat próbują odgadnąć, jakie są przyczyny zaburzeń uwagi słuchowej. Specjaliści z Naukowego Centrum Obrazowania Biomedycznego (NCOB) Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu wpadli na nowy trop – z ich badań wynika, że zaburzenia te mogą być związane z nieprawidłowym działaniem tzw. sieci stanu spoczynkowego w mózgu.
Default mode network (DMN) – tak w 2001 roku neurolog Marcus Raichle z Washington University nazwał obszary mózgu, które, jak wcześniej zaobserwowano, wykazują zwiększoną aktywność wtedy, gdy nie jest on zaangażowany w przetwarzanie bodźców z zewnątrz. Co więcej, aktywność tej sieci maleje, gdy angażujemy nasze zasoby poznawcze w wykonywanie konkretnych zadań. Naukowcy z całego świata od kilku lat prowadzą nad nią intensywne badania. Atypowa aktywność sieci DMN – jak się podejrzewa – może być przyczyną chorób lub nieprawidłowości w zakresie procesów poznawczych, m.in. zaburzeń uwagi. W świetle nowych, prowadzonych badań te podejrzenia wydają się słuszne.
W badaniach prowadzonych w NCOB wzięło udział 13 dzieci w wieku od 7 do 16 lat, u których wcześniej zdiagnozowano za pomocą specjalistycznych testów zaburzenia uwagi słuchowej, oraz 15 dzieci bez tych zaburzeń. Wszystkich poddano badaniu techniką funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Mali pacjenci mieli za zadanie nieruchomo leżeć w skanerze rezonansu magnetycznego przez 5 minut, wpatrywać się w jeden punkt (biały krzyż na czarnym tle), nie spać oraz nie myśleć o niczym.
W tym czasie specjaliści obserwowali aktywność tej sieci mózgu, która – jak wynika z wcześniejszych badań – wykazuje zwiększoną aktywność właśnie podczas odpoczynku od bodźców pochodzących z zewnątrz. Jak się okazało, obszary mózgu małych pacjentów z zaburzeniami uwagi słuchowej różniły się od zdjęć mózgu dzieci niemających takich problemów (grupa kontrolna). U tych pierwszych aktywność sieci stanu spoczynkowego, zwłaszcza w przedklinku oraz części płata czołowego, była zmniejszona. Może to oznaczać, że atypowa aktywność sieci DMN może leżeć u podłoża zaburzeń uwagi.
Istnienie DMN naukowcy zaczęli podejrzewać już w latach 50. podczas badań nad zapotrzebowaniem energetycznym mózgu. Jest on wyjątkowo energochłonny – zużywa ok. 20 proc. energii organizmu. Neurolodzy sądzili, że im ciężej pracujemy umysłowo, tym więcej jej potrzebuje. Zaskoczenie było więc ogromne, gdy amerykańscy neurofizjolodzy, Louis Sokoloff i Seymour Kety, porównując metabolizm mózgu osób badanych podczas rozwiązywania zadań arytmetycznych vs stanu relaksacji, zauważyli, że wysiłek mentalny nie ma większego wpływu na aktywność mózgu. Brak znaczącej zmiany w metabolizmie świadczył o tym, że nawet podczas braku zewnętrznej stymulacji nasz mózg nie próżnuje, a wręcz przeciwnie – przez cały czas wykonuje intensywną pracę. Dlaczego tak się dzieje? Sokoloff i Kety nie umieli wyjaśnić tej zagadki.
Do tych intrygujących wyników badań z lat 50. powrócił amerykański neurolog Gordon Shulman, współpracownik Raichle’a. Wyznaczył on sobie ambitne zadanie – sprawdzić, czy istnieje spójny wzorzec aktywności mózgu podczas nieukierunkowanej aktywności poznawczej. Po przeanalizowaniu dostępnych w literaturze danych z ponad 130 badań natrafił na dziwną sieć, której aktywność wyraźnie malała podczas wysiłku umysłowego (np. czytania, podejmowania decyzji), a rosła podczas tzw. stanu spoczynkowego mózgu. Sieć ta usytuowana była wzdłuż szczeliny między półkulami i obejmowała część kory przedczołowej, tylną korę zakrętu obręczy, dolny płat ciemieniowy oraz hipokamp. Dodatkowo aktywowały się niewielkie obszary w korze skroniowej. Zaintrygowany tymi obserwacjami Marcus Raichle stworzył wówczas koncepcję, według której wszystkie te rejony kory tworzą jeden zintegrowany system. Została ona potwierdzona przez późniejsze badania przy użyciu techniki fMRI i EEG. Eksperymenty, podczas których obserwowano aktywność mózgu ludzi spokojnie leżących w skanerze, wykazały, że we wcześniej zidentyfikowanych regionach pojawiają się fale o częstotliwości stukrotnie niższej od typowych fal elektroencefalograficznych, tzw. fluktuacje stanu spoczynkowego.
Paradoksalnie obecność obwodu spoczynkowego świadczy o tym, że mózg – nawet kiedy wydaje się, że nic nie robi – faktycznie ciężko pracuje. Pytanie, czym tak naprawdę się zajmuje. Naukowcy nie umieją jeszcze udzielić odpowiedzi. Raichle zauważył, że pobudzeniu tego obwodu często towarzyszy tzw. śnienie na jawie (daydreaming) albo błąkanie się myśli. Przypuszcza on więc, że jednym z jego zadań jest sortowanie i utrwalanie wspomnień oraz planowanie przyszłości. Codziennie nasze zmysły są bombardowane przeogromną ilością informacji. Mózg musi wybrać tylko te, które z jakichś powodów są dla nas ważne i godne zapamiętania. To ciężka praca. Powstał więc specjalny obwód wykorzystujący na wykonanie tego zadania czas, w którym mózg nie jest obciążony świadomym wysiłkiem umysłowym.
Podczas odpoczynku od przetwarzania zewnętrznych bodźców mózg wykazuje także aktywność innych niż DMN sieci spoczynkowych (resting-state networks). Są to m.in. sieci zaangażowane w funkcje motoryczne, pamięć, podejmowanie decyzji, procesy widzenia itp. Możliwe, że zadaniem stanu spoczynkowego jest podtrzymanie połączeń nerwowych między regionami mózgu, które ze sobą współpracują podczas wykonywania określonych procesów poznawczych. Sieci spoczynkowe mogą zatem odgrywać ważną rolę w przygotowywaniu mózgu do reakcji na przyszłe bodźce.
To jednak nie wszystko. Badacze przypuszczają, że sieć spoczynkowa ma też wiele innych funkcji, m.in. bierze udział w kształtowaniu „ja”. Jej atypową aktywność naukowcy łączą też z zaburzeniami psychicznymi, zwłaszcza depresją i schizofrenią. Wskazują na to przynajmniej niektóre wyniki badań. Dr Susan Nolen-Hoeksema z Yale University zaobserwowała na obrazach podczas badania techniką rezonansu magnetycznego silne pobudzenie sieci stanu spoczynkowego u osób z depresją, mających obsesyjne myśli. Z kolei dr Peter Williamson z University of Western Ontario odkrył u schizofreników nieprawidłowości w pracy jednej z najważniejszych części tej sieci – przyśrodkowej części kory przedczołowej, która odgrywa ważną rolę m.in. w kształtowaniu poczucia „ja”, pomaga wyobrazić sobie siebie, a także odgadywać myśli i uczucia innych osób. Dysfunkcje tego rejonu sprawiają, że schizofreniczni pacjenci marzą tak samo jak zdrowi, ale nie uznają tych marzeń za swoje – skarżą się często, że ktoś im wkłada myśli do głowy.
Badacze sadzą, że nieprawidłowości w zakresie sieci spoczynkowej mogą leżeć u podłoża innych zaburzeń, takich jak autyzm, choroba Alzheimera i Parkinsona, zachowania kompulsywne. Wyniki badań prowadzonych w Naukowym Centrum Obrazowania Biomedycznego, sugerujące, że nieprawidłowości w pracy tej sieci mogą mieć związek z deficytem uwagi słuchowej, to duży wkład do wiedzy o tej niezwykle ciekawej sieci mózgu.
Dr Agnieszka Pluta
Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego
Instytut Fizjologii i Patologii Słuchu