Разделенный мозг: состояние и последствия каллозотомии

Введение

Состояние человеческого мозга

Синдром расколотого мозга, или синдром мозолистого тела, – это тип синдрома разъединения, при котором мозолистое тело, соединяющее два полушария мозга, претерпевает разрыв в той или иной степени. Это комплекс симптомов, возникающих в результате нарушения или прерывания связи между полушариями мозга. Хирургическая операция, приводящая к этому состоянию (корпусная каллозотомия), включает пересечение мозолистого тела и обычно является крайней мерой для лечения резистентной эпилепсии. Первоначально выполняются частичные каллозотомии; если эта операция не дает результатов, проводится полная каллозотомия для снижения риска случайных физических травм путем уменьшения тяжести и интенсивности эпилептических припадков. До применения каллозотомии эпилепсия лечится медикаментозно. После операции часто проводятся нейропсихологические обследования. После разделения правого и левого полушарий мозга каждое полушарие обретает собственное восприятие, концепции и побуждения к действию. Наличие двух "мозгов" в одном теле может создавать интересные дилеммы. Был случай, когда пациент с расколотым мозгом, одеваясь, иногда одной рукой затягивал штаны (сторона мозга, желающая одеться), а другой – ослаблял (сторона, не желающая этого). Сообщалось также, что он схватил жену левой рукой и сильно потряс ее, после чего правая рука пришла ей на помощь и схватила агрессивную левую руку (феномен, иногда встречающийся и известный как синдром чужой руки). Однако подобные конфликты возникают крайне редко. В случае возникновения конфликта одно полушарие обычно доминирует над другим. Когда пациентам с расколотым мозгом показывают изображение только в левой половине поля зрения каждого глаза, они не могут назвать увиденное словами. Это связано с тем, что восприятие чувств мозгом является контрлатеральным. Коммуникация между двумя полушариями затруднена, поэтому пациент не может вслух назвать то, что видит правая сторона мозга. Аналогичный эффект наблюдается, если пациент с расколотым мозгом касается предмета только левой рукой, не получая визуальных сигналов в правом поле зрения; пациент не сможет назвать предмет, поскольку каждое полушарие головного мозга первичной соматосенсорной коры содержит тактильное представление только противоположной стороны тела. Если центр управления речью находится в правой части мозга, тот же эффект можно достичь, предъявляя изображение или предмет только правому полю зрения или правой руке. Тот же эффект наблюдается и при визуальных парах, и при рассуждениях. Например, пациенту с расколотым мозгом показывают изображение куриной лапы и заснеженного поля в отдельных полях зрения и просят выбрать из списка слов наиболее подходящую ассоциацию с изображениями. Пациент выберет курицу, ассоциируя ее с куриной лапой, и лопату – со снегом; однако, когда его попросят объяснить, почему он выбрал лопату, ответ будет относиться к курице (например, "лопата нужна, чтобы чистить курятник").

Split brain or callosal syndrome is a type of disconnection syndrome when the corpus callosum connecting the two hemispheres of the brain is severed to some degree. It is an association of symptoms produced by disruption of, or interference with, the connection between the hemispheres of the brain. The surgical operation to produce this condition (corpus callosotomy) involves transection of the corpus callosum, and is usually a last resort to treat refractory epilepsy. Initially, partial callosotomies are performed; if this operation does not succeed, a complete callosotomy is performed to mitigate the risk of accidental physical injury by reducing the severity and violence of epileptic seizures. Before using callosotomies, epilepsy is instead treated through pharmaceutical means. After surgery, neuropsychological assessments are often performed. After the right and left brain are separated, each hemisphere will have its own separate perception, concepts, and impulses to act. Having two "brains" in one body can create some interesting dilemmas. There was a case in which, when one split brain patient would dress himself, sometimes he pulled his pants up with one hand (the side of his brain that wanted to get dressed) and down with the other (the side that did not). He was also reported to have grabbed his wife with his left hand and shook her violently, at which point his right hand came to her aid and grabbed the aggressive left hand (a phenomenon sometimes occurring, known as alien hand syndrome). However, such conflicts are very rare. If a conflict arises, one hemisphere usually overrides the other. When split brain patients are shown an image only in the left half of each eye's visual field, they cannot verbally name what they have seen. This is because the brain's experiences of the senses is contralateral. Communication between the two hemispheres is inhibited, so the patient cannot say out loud the name of that which the right side of the brain is seeing. A similar effect occurs if a split brain patient touches an object with only the left hand while receiving no visual cues in the right visual field; the patient will be unable to name the object, as each cerebral hemisphere of the primary somatosensory cortex only contains a tactile representation of the opposite side of the body. If the speech control center is on the right side of the brain, the same effect can be achieved by presenting the image or object to only the right visual field or hand. The same effect occurs for visual pairs and reasoning. For example, a patient with split brain is shown a picture of a chicken foot and a snowy field in separate visual fields and asked to choose from a list of words the best association with the pictures. The patient would choose a chicken to associate with the chicken foot and a shovel to associate with the snow; however, when asked to reason why the patient chose the shovel, the response would relate to the chicken (e. g. "the shovel is for cleaning out the chicken coop").

История

Ранние анатомы, такие как Гален (ок. 129–216 гг. н.э.) и Везалий (1514–1564 гг. н.э.), идентифицировали мозолистое тело. Они обычно описывали его функцию как структуру, удерживающую вместе две половины мозга. В 1784 году Феликс Вик д’Азир описал мозолистое тело как обеспечивающее связь между двумя полушариями мозга. Он предположил, что устранение мозолистого тела разделит мозг на две независимые части. До 1960-х годов исследования людей с определенными повреждениями мозга привели к представлению о том, что «языковой центр» находится только в левом полушарии мозга. Например, люди с поражениями в двух конкретных областях левого полушария теряли способность говорить, читать и понимать речь. Роджер Сперри и его коллеги стали пионерами в исследованиях, показавших, что создание дополнительного поражения (выполненного для облегчения иначе неизлечимой эпилепсии) в связях между левым и правым полушариями, выявило, что правое полушарие может позволить людям читать, понимать речь и произносить некоторые простые слова. Исследования, проведенные в течение следующих двадцати лет, показали, что разъединенное правое полушарие превосходит разъединенное левое полушарие в способности понимать пространственную информацию (например, карты), музыку и эмоции, в то время как разъединенное левое полушарие превосходит в способности к аналитическому мышлению, речи, чтению и пониманию речи. Это исследование привело к присуждению Сперри Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1981 году. Первыми коллегами Сперри были его докторанты из Калтеха, Майкл Газзанига и Джерре Леви. Хотя Сперри считается основателем исследований разделенного мозга, четкие обобщения их совместной работы, представленные Газзанигой, последовательно цитируются в учебниках по психологии. В эксперименте Сперри и Газзаниги «Разделенный мозг человека», опубликованном в журнале Scientific American в 1967 году, они попытались исследовать, в какой степени две половины человеческого мозга могут функционировать независимо друг от друга и обладают ли они отдельными и уникальными способностями. Они хотели изучить, как на восприятие и интеллектуальные навыки влияет разделение мозга. В Калтехе Газзанига работал со Сперри над последствиями операции по разделению мозга на восприятие, зрение и другие функции мозга. Операция, которая была методом лечения тяжелой эпилепсии, заключалась в рассечении мозолистого тела, которое передает сигналы между левым полушарием мозга, центром речи и аналитических способностей, и правым полушарием мозга, которое помогает распознавать визуальные образы. На момент написания этой статьи только десять пациентов перенесли операцию по рассечению мозолистого тела (каллсотомию). Четыре из этих пациентов согласились участвовать в исследовании Сперри и Газзаниги. После рассечения мозолистого тела личность, интеллект и эмоции всех четырех участников, казалось, не изменились. Однако тестирование, проведенное Сперри и Газзанигой, показало, что испытуемые демонстрируют необычные умственные способности. Исследователи разработали различные типы тестов для анализа диапазона когнитивных способностей испытуемых с разделенным мозгом. Они включали тесты на визуальную стимуляцию, тактильную стимуляцию и тест, включавший как визуальную, так и тактильную информацию.

Early anatomists, such as Galen (129c. 216 CE) and Vesalius (1514–1564 CE), identified the corpus callosum. They generally described its function as a structure holding together the two halves of the brain. In 1784, Félix Vicq d'Azyr described the corpus callosum as allowing communication between the two halves of the brain. He proposed that eliminating the corpus callosum would divide the brain into two independent parts. Prior to the 1960s, research on people with certain brain injuries led to the notion that there is a "language center" only in the left hemisphere of the brain. For example, people with lesions in two specific areas of the left hemisphere lost their ability to talk, to read, and to understand speech. Roger Sperry and his colleagues pioneered research showing that creating another lesion (done to relieve otherwise untreatable epilepsy), in the connections between the left and right hemispheres, revealed that the right hemisphere can allow people to read, to understand speech, and to say some simple words. Research over the next twenty years showed that the disconnected right hemisphere is superior to the disconnected left hemisphere in allowing people to understand spatial information (such as maps), music, and emotions, whereas the disconnected left hemisphere is superior in allowing analytical thinking, talking, reading, and understanding speech. This research led to a Nobel Prize in Physiology or Medicine for Sperry in 1981. Sperry's initial colleagues included his Caltech PhD students, Michael Gazzaniga and Jerre Levy. Even though Sperry is considered the founder of split brain research, Gazzaniga's clear summaries of their collaborative work are consistently cited in psychology texts. In Sperry and Gazzaniga's "The Split Brain in Man" experiment published in Scientific American in 1967 they attempted to explore the extent to which two halves of the human brain were able to function independently and whether or not they had separate and unique abilities. They wanted to examine how perceptual and intellectual skills were affected in someone with a split brain. At Caltech, Gazzaniga worked with Sperry on the effects of split brain surgery on perception, vision and other brain functions. The surgery, which was a treatment for severe epilepsy, involved severing the corpus callosum, which carries signals between the left brain hemisphere, the seat of speech and analytical capacity, and the right brain hemisphere, which helps recognize visual patterns. At the time this article was written, only ten patients had undergone the surgery to sever their corpus callosum (corpus callosotomy). Four of these patients had consented to participate in Sperry and Gazzaniga's research. After the corpus callosum severing, all four participants' personality, intelligence, and emotions appeared to be unaffected. However, the testing done by Sperry and Gazzaniga showed the subjects demonstrated unusual mental abilities. The researchers created different types of tests to analyze the range of cognitive capabilities of the split brain subjects. These included tests of their visual stimulation abilities, a tactile stimulation situation, and a test that involved both visual and tactile information.

Визуальный тест

Первый тест начался с доски с горизонтальным рядом лампочек. Испытуемого просили сесть перед доской и смотреть на точку в центре ряда лампочек, после чего лампочки начинали мигать как в правом, так и в левом поле зрения. Когда пациентов просили описать увиденное, они говорили, что загорались только лампочки с правой стороны доски. Далее, когда Сперри и Газанига зажигали лампочки с правой стороны доски в левом поле зрения испытуемых, те утверждали, что не видели никаких лампочек. Когда экспериментаторы повторили тест, они попросили испытуемых указать на те лампочки, которые загорелись. Хотя испытуемые сообщали, что видели мигание только справа, они фактически указывали на все лампочки в обоих полях зрения. Это показало, что оба полушария мозга воспринимали свет и были одинаково способны к визуальному восприятию. Испытуемые не сообщали о видении света при его появлении в левом поле зрения, хотя на самом деле видели его, поскольку центр речи расположен в левом полушарии мозга. Этот тест подтверждает, что для того, чтобы сообщить о том, что что-то было увидено, область мозга, отвечающая за речь, должна иметь возможность взаимодействовать с областями мозга, обрабатывающими зрительную информацию.

Тактильное испытание

Во втором эксперименте Сперри и Газанига поместили небольшой предмет в правую или левую руку испытуемого, не позволяя ему увидеть (или услышать) его. Когда предмет помещали в правую руку, изолированное левое полушарие воспринимало его и могло легко описать и назвать. Однако, когда предмет помещали в левую руку, изолированное правое полушарие не могло назвать или описать его. Чтобы проверить этот результат, исследователи обнаружили, что испытуемые впоследствии могли сопоставить его с несколькими похожими предметами; тактильные ощущения, ограниченные правым полушарием, воспринимались точно, но не могли быть выражены словами. Это дополнительно подтвердило очевидную локализацию (или латерализацию) языковых функций в левом полушарии.

Комбинация обоих испытаний

В последнем тесте экспериментаторы объединили тактильный и визуальный тесты. Они предъявляли испытуемым изображение объекта только правому полушарию, и испытуемые не могли назвать его или описать. На изображение не было получено никаких вербальных ответов. Однако, если испытуемый мог левой рукой дотянуться под экран и прикоснуться к различным предметам, он мог выбрать тот, который был показан на картинке. Также сообщалось, что испытуемые могли выбирать предметы, связанные с представленным изображением, даже если этот предмет не находился под экраном. Сперри и Газанига провели другие тесты, чтобы пролить свет на языковые способности правого полушария, а также на слуховые и эмоциональные реакции. Значение результатов этих тестов, полученных Сперри и Газанигой, оказалось чрезвычайно важным и показательным для психологии. Их исследования показали, что обе половины мозга выполняют множество функций и обладают специализированными навыками. Они пришли к выводу, что каждое полушарие действительно имеет свои собственные функции. Считается, что левое полушарие мозга лучше справляется с письмом, речью, математическими вычислениями, чтением и является основной областью, отвечающей за язык. Правое полушарие, в свою очередь, обладает способностями к решению проблем, распознаванию лиц, символическому мышлению, искусству и восприятию пространственных отношений. Роджер Сперри продолжал эту линию исследований до своей смерти в 1994 году. Майкл Газанига продолжает изучать раскол мозга. Их выводы редко подвергались критике и оспариванию; однако, сложилось распространенное убеждение, что некоторые люди больше ориентированы на работу "правого мозга", а другие – на "левый". В середине 1980-х годов Джарр Леви, психобиолог из Чикагского университета, была одним из ведущих ученых, стремившихся опровергнуть представление о том, что у нас есть два функционирующих мозга. Она полагает, что поскольку каждое полушарие выполняет отдельные функции, они должны интегрировать свои возможности, а не разделять их. Леви также утверждает, что ни одна человеческая деятельность не использует исключительно одну сторону мозга. В 1998 году было опубликовано французское исследование, проведенное Хомме и Бильярдом, которое поставило под сомнение результаты исследования Сперри и Газаниги о том, что перерезка мозолистого тела фактически разделяет полушария мозга. Они обнаружили, что дети, родившиеся без мозолистого тела, демонстрируют передачу информации между полушариями, и пришли к выводу, что у этих детей с этим редким пороком развития мозга должны присутствовать подкорковые связи. Однако неясно, существуют ли эти связи у пациентов с расколотым мозгом. Другое исследование, проведенное Парсонсом, Габриели, Фелпсом и Газанигой в 1998 году, показало, что пациенты с расколотым мозгом могут по-другому воспринимать мир, чем большинство людей. Их исследование предполагает, что для воображения или имитации движений других людей необходимо взаимодействие между полушариями мозга. Исследование Морина, посвященное внутренней речи в 2001 году, предложило альтернативную интерпретацию комиссуротомии, согласно которой пациенты с расколотым мозгом демонстрируют два неравномерных потока самосознания: "полноценный" в левом полушарии и "примитивный" в правом.

In the last test the experimenters combined both the tactile and visual test. They presented subjects with a picture of an object to only their right hemisphere, and subjects were unable to name it or describe it. There were no verbal responses to the picture at all. If the subject however was able to reach under the screen with their left hand to touch various objects, they were able to pick the one that had been shown in the picture. The subjects were also reported to be able to pick out objects that were related to the picture presented, if that object was not under the screen. Sperry and Gazzaniga went on to conduct other tests to shed light on the language processing abilities of the right hemisphere as well as auditory and emotional reactions as well. The significance of the findings of these tests by Sperry and Gazzaniga was extremely telling and important to the psychology world. Their findings showed that the two halves of the brain have numerous functions and specialized skills. They concluded that each hemisphere really has its own functions. One's left hemisphere of the brain is thought to be better at writing, speaking, mathematical calculation, reading, and is the primary area for language. The right hemisphere is seen to possess capabilities for problem solving, recognizing faces, symbolic reasoning, art, and spatial relationships. Roger Sperry continued this line of research up until his death in 1994. Michael Gazzaniga continues to research the split brain. Their findings have been rarely critiqued and disputed; however, a popular belief that some people are more "right brained" or "left brained" has developed. In the mid 1980s Jarre Levy, a psychobiologist at the University of Chicago, was at the forefront of scientists who wanted to dispel the notion we have two functioning brains. She believes that because each hemisphere has separate functions that they must integrate their abilities instead of separating them. Levy also claims that no human activity uses only one side of the brain. In 1998 a French study by Hommet and Billiard was published that questioned Sperry and Gazzaniga's study that severing the corpus callosum actually divides the hemispheres of the brain. They found that children born without a corpus callosum demonstrated that information was being transmitted between hemispheres, and concluded that subcortical connections must be present in these children with this rare brain malformation. They are unclear about whether these connections are present in split brain patients though. Another study by Parsons, Gabrieli, Phelps, and Gazzaniga in 1998 demonstrated that split brain patients may commonly perceive the world differently from the rest of us. Their study suggested that communication between brain hemispheres is necessary for imaging or simulating in one's mind the movements of others. Morin's research on inner speech in 2001 suggested that an alternative for interpretation of commissurotomy according to which split brain patients exhibit two uneven streams of self awareness: a "complete" one in the left hemisphere and a "primitive" one in the right hemisphere.

Специализация по полушариям

Два полушария коры головного мозга соединены мозолистым телом, посредством которого они общаются и координируют действия и принятие решений. Общение и координация между двумя полушариями необходимы, поскольку каждое из них выполняет отдельные функции. Правое полушарие коры головного мозга лучше справляется с невербальными и пространственными задачами, в то время как левое полушарие более доминирует в вербальных задачах, таких как речь и письмо. Правое полушарие контролирует основные сенсорные функции левой стороны тела. В когнитивном плане правое полушарие отвечает за распознавание объектов и восприятие времени, а в эмоциональном – за эмпатию, чувство юмора и депрессию. С другой стороны, левое полушарие контролирует основные сенсорные функции правой стороны тела и отвечает за научные и математические способности, а также за логическое мышление. Степень специализации функций мозга в различных областях продолжает изучаться. Утверждается, что различие между двумя полушариями заключается в том, что левое полушарие является "аналитическим" или "логическим", а правое – "целостным" или "интуитивным". Многие простые задачи, особенно обработка входящей информации, требуют функций, специфичных как для правого, так и для левого полушарий, которые вместе формируют упорядоченный способ создания результата посредством обмена информацией и координации между полушариями.

Роль мозолистого тела

Мозолистое тело — это структура мозга, расположенная вдоль продольной щели, которая обеспечивает большую часть коммуникации между двумя полушариями. Эта структура состоит из белого вещества: миллионов аксонов, дендриты и терминальные бутоны которых проецируются как в правое, так и в левое полушарие. Однако есть данные, свидетельствующие о том, что мозолистое тело может также выполнять некоторые тормозные функции. Исследования вскрытий мозга человека и обезьяны показывают, что мозолистое тело функционально организовано. Эта организация приводит к образованию модально-специфических областей мозолистого тела, отвечающих за передачу различных типов информации. Исследования показали, что передняя часть тела передает двигательную информацию, задняя часть тела — соматосенсорную информацию, перешеек — слуховую информацию, а коленчатое тело — зрительную информацию. Хотя большая часть межполушарной передачи информации происходит через мозолистое тело, незначительная часть осуществляется по комиссуральным путям, таким как передняя комиссура, задняя комиссура, хабенулярная комиссура и комиссура гиппокампа. Исследования влияния на зрительный путь у пациентов с рассеченным мозгом показали, что наблюдается выигрыш от избыточности (способность обнаружения цели извлекать пользу из нескольких копий цели) в простом времени реакции. При простой реакции на зрительные стимулы пациенты с рассеченным мозгом демонстрируют более быстрое время реакции на билатеральные стимулы, чем предсказывается моделью. Модель, предложенная Iacoboni и др., предполагает, что у пациентов с рассеченным мозгом наблюдается асинхронная активность, вызывающая более сильный сигнал и, следовательно, уменьшение времени реакции. Iacoboni также предполагает наличие двойного внимания у пациентов с рассеченным мозгом, что подразумевает, что каждое полушарие мозга имеет свою собственную систему внимания. Альтернативный подход, предложенный Reuter Lorenz и др., заключается в том, что повышенный выигрыш от избыточности при рассечении мозга в первую очередь обусловлен замедлением реакции на односторонние стимулы, а не ускорением реакции на двусторонние. Важно отметить, что простое время реакции у пациентов с рассеченным мозгом, даже при повышенном выигрыше от избыточности, медленнее, чем время реакции у здоровых взрослых.

The corpus callosum is a structure in the brain along the longitudinal fissure that facilitates much of the communication between the two hemispheres. This structure is composed of white matter: millions of axons that have their dendrites and terminal boutons projecting in both the right and left hemisphere. However, there is evidence that the corpus callosum may also have some inhibitory functions. Post mortem research on human and monkey brains shows that the corpus callosum is functionally organized. This organization results in modality specific regions of the corpus callosum that are responsible for the transfer of different types of information. Research has revealed that the anterior midbody transfers motor information, the posterior midbody transfers somatosensory information, the isthmus transfers auditory information, and the splenium transfers visual information. Although much of the inter hemispheric transfer occurs at the corpus callosum, there are trace amounts of transfer via commissural pathways, such as the anterior commissure, posterior commissure, habenular commissure, and the hippocampal commissure. Studies of the effects on the visual pathway on split brained patients has revealed that there is a redundancy gain (the ability of target detection to benefit from multiple copies of the target) in simple reaction time. In a simple response to visual stimuli, split brained patients experience a faster reaction time to bilateral stimuli than predicted by model. A model proposed by Iacoboni et al. suggests split brained patients experience asynchronous activity that causes a stronger signal, and thus a decreased reaction time. Iacoboni also suggests there exists dual attention in split brained patients, which implies that each cerebral hemisphere has its own attentional system. An alternative approach taken by Reuter Lorenz et al. suggests that enhanced redundancy gain in the split brain is primarily due to a slowing of responses to unilateral stimuli, rather than a speeding of responses to bilateral ones. It is important to note that the simple reaction time in split brained patients, even with enhanced redundancy gain, is slower than the reaction time of normal adults.

Функциональная пластичность

После инсульта или другой травмы мозга часто возникают функциональные нарушения. Дефициты, как правило, проявляются в областях, связанных с поврежденной частью мозга; при инсульте в моторной коре дефициты могут включать паралич, аномальную позу или нарушение синергии движений. Значительное восстановление наблюдается в течение первых нескольких недель после травмы. Однако, как считается, восстановление обычно не продолжается после шести месяцев. Если определенный участок мозга поврежден или разрушен, его функции иногда могут быть перераспределены и взяты на себя соседним участком. Незначительная функциональная пластичность наблюдается при частичной и полной каллозотомии; однако, гораздо большая пластичность проявляется у младенцев после гемисферектомии, что позволяет предположить, что противоположное полушарие способно адаптировать некоторые функции, обычно выполняемые его парным полушарием. Исследование, проведенное Андерсоном и др. (2005), подтвердило корреляцию между тяжестью травмы, возрастом пациента и его когнитивными показателями. Было установлено, что у детей старшего возраста, даже при крайне тяжелых травмах, нейропластичность выше, чем у младенцев с умеренными повреждениями мозга. В некоторых случаях умеренных или тяжелых повреждений мозга это преимущественно вызывает нарушения развития, а при наиболее тяжелых травмах может оказать глубокое влияние на развитие, приводя к долгосрочным когнитивным последствиям. В стареющем мозге нейропластичность встречается крайне редко; "обонятельная луковица и гиппокамп – это две области мозга млекопитающих, в которых мутации, препятствующие нейрогенезу у взрослых, никогда не оказывались полезными или просто не возникали". Благодаря функциональной организации мозолистого тела, частичная каллозотомия оказывает менее выраженный негативный эффект, поскольку сохраняет часть мозолистого тела неповрежденной. Незначительная функциональная пластичность наблюдается при частичной и полной каллозотомии у взрослых; наибольшая нейропластичность проявляется у детей младшего возраста, но не у младенцев. Известно, что при рассечении мозолистого тела в ходе экспериментального исследования экспериментатор может задать один и тот же вопрос каждой половине мозга и получить два разных ответа. Если экспериментатор спрашивает правое зрительное поле / левое полушарие о том, что они видят, испытуемый отвечает устно, в то время как при вопросе к левому зрительному полю / правому полушарию испытуемый не может ответить словами, но подбирает соответствующий предмет левой рукой.

Following a stroke or other injury to the brain, functional deficiencies are common. The deficits are expected to be in areas related to the part of the brain that has been damaged; if a stroke has occurred in the motor cortex, deficits may include paralysis, abnormal posture, or abnormal movement synergies. Significant recovery occurs during the first several weeks after the injury. However, recovery is generally thought not to continue past six months. If a specific region of the brain is injured or destroyed, its functions can sometimes be transferred and taken over by a neighboring region. There is little functional plasticity observed in partial and complete callosotomies; however, much more plasticity can be seen in infant patients receiving a hemispherectomy, which suggests that the opposite hemisphere can adapt some functions typically performed by its opposite pair. A study performed by Anderson et al. (2005) proved a correlation between the severity of the injury, the age of the individual, and their cognitive performance. It was evident that there was more neuroplasticity in older children—even if their injury was extremely severe—than in infants who suffered moderate brain injury. In some incidents of any moderate to severe brain injury, it mostly causes developmental impairments and in some of the most severe injuries it can cause a profound impact on their development that can lead to long term cognitive effects. In the aging brain, it is extremely uncommon for neuroplasticity to occur; "olfactory bulb and hippocampus are two regions of the mammalian brain in which mutations preventing adult neurogenesis were never beneficial, or simply never occurred". Due to the functional mapping of the corpus callosum, a partial callosotomy has fewer detrimental effects because it leaves parts of the corpus callosum intact. There is little functional plasticity observed in partial and complete callosotomies on adults; the most neuroplasticity is seen in young children but not in infants. It is known that when the corpus callosum is severed during an experimental procedure, the experimenter can ask each side of the brain the same question and receive two different answers. When the experimenter asks the right visual field / left hemisphere what they see the participant will respond verbally, whereas if the experimenter asks the left visual field / right hemisphere what they see the participant will not be able to respond verbally but will pick up the appropriate object with their left hand.

Память

Известно, что правое и левое полушария мозга выполняют различные функции в отношении памяти. Правое полушарие лучше справляется с распознаванием объектов и лиц, воспроизведением уже усвоенных знаний или запоминанием ранее увиденных изображений. Левое полушарие превосходит в ментальных манипуляциях, порождении речи и семантическом прайминге, но более склонно к ошибкам в памяти, чем правое. Основная проблема для людей, перенесших каллозотомию, заключается в том, что разделение функции памяти на две основные системы повышает вероятность путаницы между уже известной информацией и тем, что было лишь выведено или предположено. Это затрудняет интерпретацию и оценку субъективных рассказов, поскольку ученые не могут установить, было ли разделено и сознание.

Контроль

В целом, пациенты с разделенным мозгом ведут себя скоординированно, целенаправленно и последовательно, несмотря на независимую, параллельную, как правило, различную и иногда противоречивую обработку одной и той же информации из окружающей среды двумя разъединенными полушариями. Когда оба полушария одновременно получают конкурирующие стимулы, способ реагирования определяет, какое полушарие контролирует поведение. Часто пациентов с разделенным мозгом невозможно отличить от здоровых взрослых. Это обусловлено компенсаторными механизмами: пациенты с разделенным мозгом постепенно осваивают различные стратегии, позволяющие компенсировать дефицит межполушарного взаимодействия. Одной из проблем с контролем над телом может быть выполнение противоположных действий разными сторонами тела, что называется интермануальным эффектом.

Внимание

Эксперименты по скрытой ориентации пространственного внимания с использованием парадигмы Познера подтверждают существование двух различных систем внимания в обоих полушариях. Было установлено, что правое полушарие превосходит левое в модифицированных версиях тестов на пространственные отношения и в тестах локализации, в то время как левое полушарие больше ориентировано на объекты. Компоненты ментальной imagery дифференциально специализированы: правое полушарие превосходит в ментальном вращении, а левое – в генерации образов. Также было обнаружено, что правое полушарие уделяет больше внимания ориентирам и сценам, а левое – отдельным экземплярам категорий.

Хирургическая операция

Хирургическая операция, направленная на создание этого состояния (корпускаллозотомия), включает в себя рассечение мозолистого тела и обычно является крайней мерой для лечения резистентной эпилепсии. Для уменьшения выраженности и силы эпилептических приступов сначала выполняют частичную корпускаллозотомию; если она не дает результатов, то проводится полная корпускаллозотомия для снижения риска случайных телесных повреждений. Эпилепсия в первую очередь лечится медикаментозно, а не корпускаллозотомией. После операции часто проводятся нейропсихологические обследования.

Пациент WJ

Пациент У.Дж. был первым пациентом, которому была проведена полная кальпосотомия в 1962 году после пятнадцати лет судорог, вызванных генерализованными приступами. Он был десантником во время Второй мировой войны, получившим ранение в 30 лет во время десантной операции над Нидерландами, и повторно – в лагере для военнопленных после первой травмы. По возвращении домой он начал страдать от эпизодов потери сознания, во время которых не мог вспомнить, что делал или где находился, и как и когда туда попал. В 37 лет у него произошел первый генерализованный приступ. Один из самых тяжелых эпизодов случился в 1953 году, когда он пережил серию судорог, продолжавшихся несколько дней. Во время этих судорог онемевала левая сторона тела, и он быстро восстанавливался, но после серии судорог полностью чувствительность левой стороны не вернулась. До операции оба полушария функционировали и взаимодействовали нормально, его сенсорные и двигательные функции были нормальными, за исключением незначительной гипоэстезии, и он мог правильно идентифицировать и понимать визуальные стимулы, представленные обеим сторонам зрительного поля. Во время операции в 1962 году хирурги обнаружили, что massa intermedia не сформировалась, и у него была атрофия в части правой лобной доли, обнаженной во время процедуры. Операция была признана успешной, поскольку привела к уменьшению частоты и интенсивности приступов.

Эксперименты Фаннелла и др. (2007) были направлены на определение способности каждого полушария У.Дж. выполнять простые арифметические действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Например, в одном эксперименте на каждом испытании участнику в течение одной секунды предъявляли арифметическую задачу в центре экрана, после чего появлялся центральный крест, на который У.Дж. должен был смотреть. Через секунду Фаннелл и др. предъявляли число в одном из полушарий / зрительных полей на 150 мс – слишком быстро для того, чтобы У.Дж. мог переместить взгляд. В половине испытаний число было правильным ответом, в другой половине – неправильным. У.Дж. нажимал одну клавишу рукой со стороны, где было предъявлено число, если оно было правильным, и другую клавишу – если неправильным. Турк и др. (2002) исследовали полушарные различия в способности У.Дж. узнавать себя и знакомые лица. Они использовали лица, являющиеся композитами из лица У.Дж. и лица доктора Майкла Газзаниги. Композиты варьировались от 100% У.Дж., через 50% У.Дж. и 50% Газзаниги, до 100% Газзаниги. У.Дж. нажимал клавиши, чтобы указать, похоже ли предъявленное лицо на него или на Газзанигу. Турк и др. пришли к выводу, что в левом полушарии существуют корковые сети, играющие важную роль в самоидентификации.

Пациент ВП

Пациентка ВП – женщина, перенесшая двухэтапную каллозотомию в 1979 году в возрасте 27 лет. Хотя каллозотомия была признана завершенной, последующая МРТ в 1984 году выявила сохраненные волокна в роструме и сплении. Сохраненные ростральные волокна составляли приблизительно 1,8% от общей площади поперечного сечения мозолистого тела, а сохраненные спленияльные волокна – около 1% площади. Один из экспериментов с участием ВП был направлен на систематическое исследование типов зрительной информации, которая могла передаваться по сохраненным спленияльным волокнам ВП. Первый эксперимент был разработан для оценки способности ВП делать перцептивные суждения о парах стимулов, одновременно представленных в разных полях зрения. Стимулы предъявлялись в различных позициях относительно горизонтальной и вертикальной средней линии, при этом взгляд ВП фиксировался на центральном кресте. Суждения основывались на различиях в цвете, форме или размере. Процедура тестирования была одинаковой для всех трех типов стимулов: после предъявления каждой пары ВП устно отвечала «да», если два элемента в паре идентичны, и «нет», если они различаются. Результаты показали отсутствие перцептивной передачи информации о цвете, размере или форме, при этом биномиальные тесты показали, что точность ответов ВП не превышала уровень случайности. Второй эксперимент с участием ВП был направлен на выяснение того, какие аспекты слов передаются между двумя полушариями. Установка была аналогична предыдущему эксперименту, с фиксацией взгляда ВП на центральном кресте. Пара слов предъявлялась одновременно, по одному слову с каждой стороны креста, на 150 мс. Слова относились к одной из четырех категорий: слова, которые выглядят и звучат как рифмы (например, «шина» и «огонь»), слова, которые выглядят так, будто должны рифмоваться, но не рифмуются (например, «кашель» и «тесто»), слова, которые не выглядят так, будто должны рифмоваться, но рифмуются (например, «печь» и «боль»), и слова, которые не выглядят и не звучат как рифмы (например, «ключи» и «форт»). После предъявления каждой пары слов ВП отвечала «да», если слова рифмуются, и «нет», если не рифмуются. Результаты ВП были выше уровня случайности, и она могла различать различные условия. Когда пары слов не рифмовались по звучанию, ВП могла точно сказать, что слова не рифмуются, независимо от того, выглядят ли они так, будто должны рифмоваться. Когда слова рифмовались, ВП с большей вероятностью подтверждала, что они рифмуются, особенно если они также выглядели так, будто должны рифмоваться. Хотя у ВП не было выявлено признаков передачи информации о цвете, форме или размере, были обнаружены признаки передачи информации о словах. Это согласуется с предположением, что передача информации о словах включает волокна в вентропостериорной области спления – той же области, где у ВП наблюдалось сохранение мозолистого тела. ВП способна интегрировать слова, представленные в обоих зрительных полях, создавая концепт, который не подразумевается ни одним из слов по отдельности. Например, она объединяет слова «голова» и «камень», формируя единый концепт – надгробие.

Patient VP is a woman who underwent a two stage callosotomy in 1979 at the age of 27. Although the callosotomy was reported to be complete, a follow up MRI in 1984 revealed spared fibers in the rostrum and splenium. The spared rostral fibers constituted approximately 1.8% of the total cross sectional area of the corpus callosum and the spared splenial fibers constituted approximately 1% of the area. One of the experiments involving VP attempted to investigate systematically the types of visual information that could be transferred via VP's spared splenial fibers. The first experiment was designed to assess VP's ability to make between field perceptual judgments about simultaneously presented pairs of stimuli. The stimuli were presented in varying positions with respect to the horizontal and vertical midline with VP's vision fixated on a central crosshair. The judgments were based on differences in color, shape or size. The testing procedure was the same for all three types of stimuli; after presentation of each pair, VP verbally responded "yes" if the two items in the pair were identical and "no" if they were not. The results show that there was no perceptual transfer for color, size or shape with binomial tests showing that VP's accuracy was not greater than chance. A second experiment involving VP attempted to investigate what aspects of words transferred between the two hemispheres. The set up was similar to the previous experiment, with VP's vision fixated on a central crosshair. A word pair was presented with one word on each side of the crosshair for 150 ms. The words presented were in one of four categories: words that looked and sounded like rhymes (e. g. tire and fire), words that looked as if they should rhyme but did not (e. g. cough and dough), words that did not look as if they should rhyme but did (e. g. bake and ache), and words that neither looked nor sounded like rhymes (e. g. keys and fort). After presentation of each word pair, VP responded "yes" if the two words rhymed and "no" if they did not. VP's performance was above chance and she was able to distinguish among the different conditions. When the word pairs did not sound like rhymes, VP was able to say accurately that the words did not rhyme, regardless of whether or not they looked as if they should rhyme. When the words did rhyme, VP was more likely to say they rhymed, particularly if the words also looked as if they should rhyme. Although VP showed no evidence for transfer of color, shape or size, there was evidence for transfer of word information. This is consistent with the speculation that the transfer of word information involves fibers in the ventroposterior region of the splenium—the same region in which VP had callosal sparing. VP is able to integrate words presented to both visual fields, creating a concept that is not suggested by either word. For example, she combines "head" and "stone" to form the integrated concept of a tombstone.

Ким Пик

Ким Пек был, пожалуй, самым известным савантом. Он родился 11 ноября 1951 года с увеличенной головой, мешковидными выпячиваниями мозга и оболочек, покрывающих его, через отверстия в черепе, недоразвитым мозжечком и без мозолистого тела, передней комиссуры или задней комиссуры. Он запомнил более 9 000 книг и информацию примерно из 15 областей знаний. К ним относятся: всемирная/американская история, спорт, кино, география, актеры и актрисы, Библия, церковная история, литература, классическая музыка, телефонные коды/почтовые индексы Соединенных Штатов, телевизионные станции, обслуживающие эти регионы, и пошаговые инструкции в любом крупном городе США. Несмотря на эти способности, его IQ составлял 87, ему был поставлен диагноз аутизм, он не мог застегнуть рубашку и испытывал трудности с выполнением повседневных задач. Отсутствующие структуры его мозга пока не удалось связать с его повышенными способностями, но их можно связать с его способностью читать страницы книги за 8–10 секунд. Он мог видеть левую страницу книги левым полем зрения, а правую – правым полем зрения, что позволяло ему читать обе страницы одновременно. У него также развились языковые зоны в обоих полушариях, что крайне необычно для пациентов с расколотым мозгом. Язык обрабатывается в областях левой височной доли и включает в себя контрлатеральную передачу информации, прежде чем мозг сможет обработать прочитанное. В случае Пека такая передача была невозможна – это привело к развитию языковых центров в каждом полушарии. Многие считают, что именно это объясняет его чрезвычайно высокую скорость чтения. Хотя Пек не перенес корпускалотомию, он считается пациентом с естественным расколом мозга и играет важную роль в понимании значимости мозолистого тела. Ким Пек умер в 2009 году.