< Back      Конференция 2006       Next >

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ И БИОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МЕЖПОЛУШАРНОЙ АСИММЕТРИИ

Червяков А.В., Фокин В.Ф.

ГУ НИИ мозга РАМН, Москва

В настоящее время известен ряд работ, в которых найдены морфологические и биохимические различия правого и левого полушария. Однако, остается невыясненным вопрос о наличие взаимосвязи между морфологическими и биохимическими показателями асимметрии, хотя, исходя из общих представлений о взаимосвязи структуры и функции, такая взаимосвязь представляется достаточно вероятной.

Целью данной работы явился анализ и систематизация данных, посвящённых морфологической и биохимической асимметрии мозга, а также возможному взаимодействию между этими двумя видами церебральной асимметрии.

В литературе достаточно широко используются различные морфометрические показатели, которые основаны не только на методах посмертного изучения мозга, но также и прижизненной оценке, главным образом, объема того или иного образования на основе исследования, магнитно-резонансной томографии (МРТ), компьютерной томографии (КТ), ультразвуковых методов и др.

Одни из первых данных по морфологической асимметрии полушарий мозга были получены в 1968 году Гешвиндом и Левитски, которые отмечали более крутой подъем Сильвиевой борозды в правом полушарии, а также преобладание длины височной площадки, занимающей верхнюю поверхность височной доли позади слуховой коры, в левом полушарии. Особенность Сильвиевой борозды в правом полушарии, как предполагалось, связана с большим размером в нём угловой извилины, а особенность височной площадки левого полушария объясняли большими размерами planum temporale внизу и planum parietale вверху полушария.

Развитие асимметрии мозга начинается уже у зародышей (R. Hering-Hanit et al., 2001). При проведении УЗИ на 20-22 недели беременности у большинства эмбрионов выявлен увеличенный объём левого полушария – 2,781 (0,287) см в левом и 2,681 (0,267) см в правом и 2,804 (0,174) см в левом 2,627 (0,192) см в правом полушариях, у мальчиков и девочек соответственно. Данные о преобладании размера левого полушария над правым у зародышей подтверждены и в других работах (Wada, 1977).

Для новорождённых и детей двухлетнего возраста характерна обратная картина (N. Schore, 2002). Согласно данным МРТ в группе испытуемых несколько превалировал объём правого полушария над левым. У взрослых же снова левое полушарие становилось больше правого (Yeo et al., 1987). Приведённые данные говорят о явной возрастной динамике межполушарной асимметрии. По-видимому, это связано с рядом факторов. Во-первых, ввиду эволюционного положения человека, то есть резкой социальной направленности всего поведения и очевидного превалирования речевого компонента в коммуникации, прогнозируемо преимущественное развитие речевых центров, большая часть которых  расположена в левом полушарии головного мозга. Этим, очевидно, определяется больший, по сравнению с правым, объём левого полушария у взрослых в связи с повышенной на него функциональной нагрузкой. У эмбрионов данная асимметрия может быть генетически детерминирована и объясняется потребностями будущего организма. Что касается реверсии асимметрии у детей 2х лет то по некоторым данным (Cohen, Cashon, 2000) в раннем онтогенезе человека развитие правого полушария опережает развитие левого. У годовалых детей идёт постоянный приток огромного количества информации о внешнем мире. При этом для ребенка важна не детализация каждого нового образа, а переработка их в целом (узнавание лиц, образов). (Сергиенко, Дозорцева, 2004). Развитие же локальных процессов начинается на несколько месяцев позже. В данном случае, при оценке глобальных характеристик ведущую роль играет именно правое полушарие, что и определяет его увеличенный объём в этот период.

Что касается более детального изучения соотношений объёмов долей в полушариях мозга, в некоторых работах показано межполушарное соотношение объёмов лобно-центрального региона и затылочной доли коры больших полушарий (Toga, Thompson, 2000). Для лобно-центрального региона выявлено увеличение размера в правом полушарии, по отношению к левому, а для затылочной доли показано обратное соотношение.

И.Н. Боголепова и Х.Б.М. Улингс (1998) изучали на примере фиксированного мозга структурную асимметрию 44 и 45 речедвигательных полей. Было показано значительное преобладание объемов речедвигательных полей 44 и 45 и всей области Брока в левом полушарии по сравнению с правым полушарием, что, по-видимому, убедительно свидетельствует о ведущей роли речедвигательного центра левого полушария в формировании речевых функций. Кроме того, в данной работе рассматривался вопрос об изменение размером исследуемых полей в зависимости от возраста. Также эти данные были подтверждены и дополнены исследованиями размеров других корковых полей в более поздних работах (Боголепова и соавт., 2004).

            Сходная по тематике работа была проделана Ниситани и соавт. (2005). При измерении объёмов зоны 44 по сравнению с зоной 45 и другим полушарием, также выявлено, что для зоны 44 и 45 характерно увеличение в левом полушарии.

            Безусловно, важнейшей темой для исследований является изучение морфологической асимметрии при каком-либо патологическом состоянии. Причём, изменение объёма или размеров определенных образований может быть как следствием патологии, так и её непосредственными причинами или сопутствующими факторами, например, при наследственных заболеваниях. В проанализированных нами статьях затрагивались такие заболевания как аутизм и нарушение развития речи, шизофрения, дислексия, синдром нарушения внимания с гиперактивностью у детей, синдром хрупкости Х-хромосомы, эпилепсия.

            Саймон с соавт. (2003) провели крупное исследование, посвящённое взаимосвязи морфометрических данных полушарий мозга как у больных шизофренией, так здоровых испытуемых с их полом. Для исследований была отобрана группа испытуемых с диагнозом шизофрения и контрольная группа волонтёров. Все нижеприведенные данные даны для пациентов с изучаемой патологией и выражены в отношении к данным по здоровой группе. Для мужчин, страдающих шизофренией, характерен сниженный объём левого полушария, напротив, у женщин той же группы по сравнению с группой контроля никаких изменений не выявлено. В целом для пациентов с патологией, вне зависимости от пола было храктерно тенденция к снижению объёма правой височной доли, а при подключении для анализа полового признака выявлено достоверное снижение объёма правой височной доли у мужчин, по сравнению с женщинами той же группы и группой контроля.

            Таким образом, для разных групп пациентов с диагнозом шизофрения характерно снижение объёмов левого полушария и правой височной доли преимущественно у мужчин.

Кроме того, Вайбл и соавт. в 1999 году, проводя МРТ на пациентах той же группы, выявили снижение объёма передне-височной доли в левом полушарии по сравнению с правым.

Также изучалась асимметрия головного мозга у пациентов с шизофренией, но, в отличие от предыдущих работ, исследовали подкорковые образования, такие как амигдала, гиппокамп и парагаппокампальная извилина (Arnold, Trojanowski, 1995). В работе продемонстрировано, что у исследуемой группы волонтёров размер данных образований снижен в левом полушарии.

Показано, что вышеперечисленные образования, в первую очередь амигдала, непосредственно связаны с продукцией эмоций (LeDoux, 1987). Гипппокам и парагиппокампальная извилина, структуры, по большей части связанные с процессами памяти, образуют вместе с сингулярной корой, энториальной корой, гипоталамусом, таламусом и амигдалой единую лимбическую систему – центр эмоций и мотиваций (Papez, 1937; MacLean, 1949). Очевидно, что данная асимметрия этих образований не может не проявляться при изучении соответствующих центров вышележащих отделов головного мозга.

            Изменение морфометрических данных для детей, страдающих дефицитом внимания с гиперактивностью, освещены в статье (11). В результате нейровизуаляционных исследований, описываемых в работе, показано, что для данных пациентов заметно снижение размеров только в правом полушарии белого вещества, серого вещества в целом в полушарии, серого вещества в верхней лобной извилине и серого вещества в posterior cingulate gyrus. Такие явные изменения в правом полушарии, по-видимому, связаны с его специализацией. Дети не могут целостно (симультанно) обрабатывать много информации, что и приводит к нарушению внимания.

Также проводилось изучение размеров данных структур у больных дислексией (Manuel F. et al., 2006). Показаны достоверные данные о снижении объёма образований в правом отделе мозга. Для амигдалы –  -0.013 ± 0.016, гиппокампа  – -0.012 ± 0.015, парагаппокампальной извилины– -0.009 ± 0.013, putamen – -0.009 ± 0.014 и globus pallidus – -0.012 ± 0.016. Как описывалось выше, данные подкорковые структуры по большей части участвуют в процессе образования эмоций. Описываемая связь, скорее всего, говорит о тесной функциональной взаимосвязи речевых процессов с эмоциональным статусом. Как известно, эмоциональная окраска речи нередко несёт больше информации, чем словесное содержание. При этом у данной группы пациентов возможны изменения в эмоциональной сфере, причём данные подвижки, несмотря на наличие патологии, могут быть как со знаком «+», так и со знаком «-». Например, в клинической практике отмечено, что левополушарный инсульт, как правило, сопровождается негативными эмоциями, а правополушарный – позитивными (Bear, Febio, 1977).

Анатомические характеристики подкорковых образований также рассматривались при эпилепсии (DeCarli C. et al., 1998). Показано, что размеры гиппокампа, таламуса и хвостатого ядра достоверно снижены слева, по сравнению с другим полушарием и группой контроля.

В исследованиях, проведённых Хербертом и соавт. (2006), описано изменение объёмов полушарий для детей, страдающих аутизмом и нарушением развития речи. Так, для больных аутизмом характерно увеличение правого полушарие, а для больных с нарушением развития речи наблюдалось также увеличение размеров правого полушария, но уже на фоне снижения размеров левого по сравнению с данными, полученными от группы контроля. В данных исследованиях для детей больных аутизмом ведущее значение, очевидно, играет повышенная функциональная активность правого полушария и, как следствие, превалирование метафорического, образного мышления над конкретным. Замкнутые на себе, пациенты не вдаются в детали образа, а воспринимают его целиком. При нарушении развития речи снижение размеров левого полушария, видимо, связано с преобладанием данного образования в развитии речевых функций.

Прижизненные исследования активных компонентов биохимических реакций стали возможны только в последние десятилетия в связи с развитием методов компьютерной визуализации биохимических процессов, таких как, например, функционального ядерно-магнитного резонанса и других.

Имеются данные относительно содержания норадреналина, дофамина, холинацетилтрансферазы, ГАМК, а также свободных жирных кислот (СЖК) в полушариях мозга (Cernacek J., 1989). Показано, что содержание перечисленных соединений в левом полушарии достоверно больше, чем в правом. Приведённые данные в некоторой степени соотносятся с вышеописанными результатами о преобладании объёма левого полушария над правым у взрослых. Так как исследуемые соединения являются медиаторами нервной системы, а СЖК субстратом для них. Можно предположить, что обсуждаемая работа ещё раз на молекулярном уровне подтверждает повышенную активность левого полушария, в связи с наличием в нём большинства речевых центров.

Измерение биохимических показателей в конкретных областях коры продемонстрировано на примере Н-ацетиласпартата, креатина и инозитола в лобной и теменной долях (Jayasundar R., 2002). Н-ацетиласпартат является источником анионов и резервуаром ацетильных групп, а также участвует в метаболизме аминокислот. Креатин служит запасным источником энергии в головном мозге, а инозитол, в виде инозитолтрифосфата, участвует в переносе веществ через мембрану.

Для лобной доли характерно повышенное содержание Н-ацетиласпартата и креатина в правом полушарии, а для теменной доли преобладание этих веществ и инозитола в левом полушарии головного мозга. Кроме того, измерение содержания свободной и мембран-связанной цистеинаминопептидазы и аспартатаминопептидазы в префронтальной коре показали у крыс преобладание в левом полушарии на 40% для свободной цистеинаминопептидазы и аспартатаминопептидазы и на 100% для мембран-связанного цистеинаминопептидазы (Banegas I. et al., 2004).

Также в данной работе была описана асимметрия биохимических показателей для подкорковых структур. Содержание цистеинаминопептидазы и глутаминаминопептидазы в амигдале преобладает в правом полушарии на 30% и 125% соответственно. В гиппокампе содержание аланинаминопептидазы, свободной и мембран-связанной цистеинаминопептидазы и аспартатаминопептидазы в левом полушарии превосходит таковое в правом на 80%, 80%, 300% и 100% соответственно.

В вышеупомянутой работе (Jayasundar R., 2002) небольшая часть посвящена также подкорковым образованьям, в частности таламусу, для которого характерно повышенное содержание холина в правой его доле.

В исследованиях Борсон-Чазота и соавт., проведённых в 1986 году, проанализирована асимметрия содержания тириотропного-релизинг гормона в долях гипоталамуса. Его количество измерялось в вентромедиальном ядре, в дорсальном и паравентрикулярном ядрах. Выявлено, что во всех трёх ядрах содержание гормона преобладает в левой доле железы. Как было описано выше, связь деятельности эндокринной системы с межполушарной асимметрией отмечалась рядом авторов. Результаты исследования, как предполагаетс, подтверждают функциональную «полушарную» специализацию гипоталамуса, что, безусловно, может отражаться на деятельности всей нейрогуморальной системе регуляции функций организма.

Помимо изучения биохимического спектра веществ непосредственно в нервной ткани в проанализированной литературе индийскими учёными проделан опыт по сопоставлению биохимических показателей крови и доминирующего полушария (Kurup RK, Kurup PA, 2003). В работе показано, что содержание ГМГ-КоА-редуктазы, долихола и дигоксина, предшественника серотонина, холиновой кислоты и никотина увеличено у всех правополушарных и у 50 % левополушарных. Содержание сывороточного магния, убихинона и активность эритроцитарной Na-K-АТФазы, тирозина, предшественника дофамина, норадреналина и морфина в крови напротив снижено у всех правополушарных и у 50% левополушарных. Оставшиеся по 50% правополушарных из двух групп показывали соответственно обратные результаты. Как отмечают сами авторы результаты нельзя назвать абсолютно достоверными. Особенность данной работы заключается в том, что проведена попытка измерить концентрации различных метаболитов не в самих полушариях, а в крови. Исходя из приведённых сведений, можно сделать предварительный вывод о том, что межполушарная асимметрия может влиять не только на психические процессы (поведение, обучение, способности), но и на биохимические показатели крови.

После анализа работ все биохимические соединения были разделены на 5 групп: 1. Вещества, участвующие в переносе молекул через мембраны; 2. Вещества, участвующие в энергетическом обмене клетки; 3. Вещества-участники аминокислотного обмена; 4. Нейромедиаторы; 5. Компоненты синтеза веществ небелковой природы; 6. Гормоны (Таблица 1). Такое разделение веществ на группы показывает разносторонность биохимических процессов, происходящих в нейроне. Как видно из таблицы, межполушарная асимметрия неодинакова у веществ, относящихся к различным направлениям обмена. Очевидно, что приведённых сведений явно не достаточно для формулировки определённого вывода, но, по-нашему мнению, данная классификация может поспособствовать развитию идеи о неодинаковой степени асимметрии различных обменных процессов, происходящих в неокортексе и подкорковых образованиях.

 Таблица 1. Биохимическая асимметрия коры и подкорковых образований. Групповое разделение веществ. Заштрихованные поля обозначают повышенное содержание БХ веществ в данной области мозга.

Было проведено сопоставление данных по морфологической и биохимической асимметрии.

Рис 1. Морфологическая и биохимическая асимметрия коры головного мозга

На Рис. 1 в графическом виде сопоставлены данные по морфологической и биохимической асимметрии неокортекса. Как можно заметить, преобладание размера левого полушария и правой лобной доли как бы дублируется увеличенным в них содержанием биохимческих веществ (нейромедиаторов, компонентов катаболических и анаболических процессов).

Рис 2. Морфологическая асимметрия головного мозга при патологии

Для патологий нервной системы, таких как шизофрения, аутизм и др., заметны противоположные относительно нормы данные. Например, увеличенный размер не левого, а правого полушария; преобладание размеров право передне-височной области и др. (Рис.2).

На Рис. 3 представлено сопоставление морфологической асимметрии  в патологии и биохимической асимметрии подкорковых образований в норме.

На данной иллюстрации видно, что изменение размеров подкорковых образовании напрямую зависти от типа патологии и, следовательно, проявляется соответствующими клиническими симптомами. В данном разделе, очевидно, не достаёт сравнения биохимической асимметрии и морфологической асимметрии при патологии с нормальными показателями, данных по которым пока не набрано.

Рис. 3. Морфологическая и биохимическая асимметрия подкорковых образований

Увеличение размеров полушария, повышение концентрация нейромедиаторов и других метаболитов, увеличение кровотока в норме – всё это, так или иначе, связано с вовлечённостью объёкта исследования в поведенческие (и другие) процессы, присущие данному индивиду в данный момент жизни или сложившиеся в процессе эволюционного развития.

Таким образом, проведенный анализ показал, что изучение взаимосвязи двух видов асимметрий находится на начальном этапе. Тем не менее, сделанная в настоящей работе попытка совместного рассмотрения морфологической и биохимической асимметрии - это шаг к интегративному представлению о структурно-функциональной организации функциональной межполушарной асимметрии.

Библиография:

1.        Боголепова И. Н., Улингс X.Б.М., Малафеева Л. И. Некоторые особенности строения правого и левого полушария мозга человека // I Международная конференция памяти А.Р. Лурия: Сб. докл. / МГУ им. М.В. Ломоносова. Фак. психологии, Рос. психол. о-во; Под ред. Е.Д. Хомской, Т.В. Ахутиной. - М.: Фак. психологии МГУ, 1998. - 368 с.: ил., 1 л. портр. - Библиогр. в конце разд

2.        Биохимия мозга: Учеб. пособие. / Под. Ред. Ашмарина И.П., Стукалова П.В., Ещенко Н.Д.. – СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1999. 328 с.

3.        Николаева Е.И. Психофизиология: Учебник. – М.: ПЕРСЭ; Логос, . – 544с. – ил.

4.        Русалова М.Н. К вопросу о межполушарной организации эмоций // Физиология человека. 1987. Т. 13. № 6. С. 940-947.

5.        Сергиенко Е.А., Дроздова А.В. Функциональная асимметрия полушарий мозга. // Функциональная межполушарная асимметрия. Под ред. Боголепова Н.Н., Фокина В.Ф. 2004. Стр. 219-257.

6.        Сергиенко Е.А.. Антиципация в раннем онтогенезе человека. М. 1992.

7.        Функциональная межполушарная асимметрия. Хрестоматия. / Под ред. Боголепова Н.Н., Фокина В.Ф. – М: Научный мир, 2004. – 728 с.

8.        Allan N. Schore. The Effects of a Secure Attachment Relationship on Right Brain Development, Affect Regulation, and Infant Mental Health // Infant Mental Health Journal. 2002. Vol. 22. P. 7-66.

9.        Annett M., Kilshaw D. Right-and left-hand skill estimating the parameters of the distribution of L-R difference in male and females // British Journal Of Psyhology. 1983. Vol, 74. P. 269-282.

10.     Arnold S., Trojanowski J. Recent advances in defining the neuropathology of schizophrenia//Acta Neuropathol. 1996.- Vol. 92.- P. 217–31.

11.     Attention Deficit Disorder в базе данных статей Online Reference For Health Concerns http://www.lef.org/protocols/prtcl-016b.htm.

12.     Banegas I, Prieto I, Vives F, Alba F, Duran R, Segarra AB, de Gasparo M, Ramirez M Plasma aminopeptidase activities in rats after left and right intrastriatal administration of 6-hydroxydopamine // Neuroendocrinology 80 (4): 219-224 2004.

13.     Bear D.M., Fedio P. Quantitative analysis of interracial behavior in temporal lobe epilepsy // Archive of Neurology. 1977. Vol. 34. P. 454-467.

14.     Borod J.C. Cerebral mechanism underlying facial, prosodic, and lexical emotional expression: a review of neuropsychological issues // Neurupsychology.1993. Vol. 74. № 4. P. 445-463.

15.     Borson-Chazot F, Jordan D, Fevre-Montagne M, Kopp N, Tourniaire J, Rouzioux JM, Veisseire M, and Mornex R. TRH and LHRH distribution of discrete nuclei of the human hypothalamus: evidence for a left prominence of TRH. // Brain Res 382: 433–436, 1986.

16.     Bowers G.M. Mood and memory // American Psychologist. 1981. Vol. 36. P. 129-148.

17.     Buck R. The communication of emotion. N.Y.: Guilford Press, 1984.

18.     Cernacek J. Biochemical and electrophysiological correlations of functional asymmetry of the brain.

19.     Cohen G. Hemispheric differences in the utilization of advance information // Attention and performance / Eds. P.M.A. Rabbitt, S. Pornic. N. J.: Academic Press, 1975. . 20-29.

20.     Cohen R.M., Carson R.E., Saunders R.C., Doudet D.J. Opiate receptors avidity is increased in rhesus monkeys following unilateral optic tract lesion combined witch transactions of corpus callosum and hippocampal and anterior commissures // Brain Res. 200. Vol. 879. N. 1-2. P. 1-6.

21.     Davidson R.J. Hemispheric asymmetry and emotion // Approaches to emotion / K.E. Scherer, P. Ekman, N. Hillsdale (ads). Erldaum, 1984. P. 39-57.

22.     DeCarli, C.; Hatta, J.; Fazilat, S.; Fazilat, S.; Gaillard, W. D.; Theodore, W. H. Extratemporal atrophy in patients with complex partial seizures of left temporal origin. Ann-Neurol. 1998; 43(1): 41-5.

23.     Geschwind N., Levitsky W. Human brain: left-right asymmetries in temporal speech region // Sciences/ 1968. Vol. 161. P. 186 – 187.

24.     Hering-Hanit R, R. Achiron, S Lipitz, A Achiron. Asymmetry of fetal cerebral hemispheres: in utero ultrasound study // Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2001;Vol. 85; F194-F196.

25.     Herbert M.R., Ziegler D.A., Makris N., Filipek P.A., Deutsch C., O'Brien L., Kennedy D.N., Caviness V.S.. Brain asymmetries in autism and developmental language disorder//Abstracts. Fifth Conference of Neurology. 2006. Santiago de Cuba, Cuba.

26.     Jayasundar R. Human brain: biochemical lateralization in normal subjects // Neurol India. 2002. Vol. 5. № 3. P. 267-271.

27.     Le Doux J. E. Emotional. // Handbook of Psychology: Nervous System V / ed. F Plum. Washington, D.C.: American Psychological Society, 1987.

28.     Le May M., Kido D.K., Asymmetries of cerebral hemispheres on computed tomograms // Journal of Computative and Assisty Tomography. 1978. Vol. 2. P. 471.

29.     MacLean P.D. Psychosomatic disease and the “visceral brain”: recent developments bearing on the Papez theory of emotion // Psychosomatic Medicine. 1949. Vol. 11. P. 338-353.

30.     Manuel F. Casanova, James D. Christensen, Jay Giedd, Judith M. Rumsey, David L. Garver, Gregory C. Postel. Magnetic Resonance Imaging Study of Brain Asymmetries in Dyslexic Patients, 2006.

31.     Nishitani Nobuyuki, Martin Schürmann, Katrin Amunts, Riitta Hari. Broca’s Region: From Action to Language // Physiology. Vol. 20, No. 1, 60-69, 2005.

32.     Papez J.W. A proposed mechanism of emotion // Archives of Neurology and Psychiatry. 1937. Vol. 38. P. 728-744.

33.     Ross E.D., Stewart R.S., pathological display of affect in patient witch depression and right frontal brain damage. An alternative mechanism // Journal of Nervous and Mental Disorders. 1987. Vol. 175. № 3. P. 165-172.

34.     Simon l. Collinson, Anthony C. James, Digby J. Quested, Tania Phillips, Neil Roberts Timothy J. Crow. Brain volume, asymmetry and intellectual impairment in relation to sex in early-onset schizophrenia // The British Journal of Psychiatry. 2003.Vol. 183. P.114-120.

35.     Toga W. Arthur, Thompson M. Paul. Mapping Brain Asymmetry. // Review Article for Nature Reviews Neuroscience Laboratory of Neuro Imaging, Division of Brain Mapping, UCLA School of Medicine, Los Angeles, CA.

36.     Wada J.A. Pre-language and Fundamental asymmetry in the infant brain // Evolution and Lateralization of the brain: Annals of New York Academy of Sciences. 1977. Vol. 299. P. 370

37.     Wible, C. G., McCarley, R.W., Frumin, M., MRI anatomy of schizophrenia. Biological Psychiatry, 45, 1099–1119, 1999.

38.     Yeo R.A., Turkheimer E., Raz N. Volumetric asymmetries of the human brain: intellectual correlates // Brain and Cognition. 1987. Vol. 6. № 1. P. 15-23.

< Back      Конференция 2006       Next >