Слуховая депривация и пластичность мозга у пациентов с кохлеарными имплантами

Введение

Кохлеарная имплантация (КИ) – уникальная методика восстановления слуховых способностей при тяжелой степени тугоухости или полной глухоте. Тем не менее речевые способности у пользователей кохлеарных имплантов имеют порой значительные индивидуальные различия как у взрослых позднооглохших, так и у детей с врожденной глухотой [1, 2]. Разнообразие этих результатов у детей с врожденной глухотой, которые представляют наиболее значимую группу пациентов, призывают специалистов продолжать более тщательное изучение данной проблемы.

Формирование разговорной речи у детей с врожденной глухотой после КИ, так же как и у детей с нормальным слухом, происходит в результате спонтанного, а чаще целенаправленного обучения на основе накопления слухового и речевого опыта коммуникации с окружающими людьми. Обязательным условием для развития устной речи являются полноценное восстановление утраченной слуховой функции и полноценная слухоречевая реабилитация. Уровень слухоречевого развития детей после КИ зависит как от возраста потери слуха и длительности глухоты, так и от индивидуальных способностей детей и методов, применяемых для их обучения [3, 4]. При этом слуховая депривация приводит не только к задержке речевого развития, но и отражается на когнитивных способностях ребенка [5, 6].

Для полноценного понимания основных проблем, препятствующих успешному развитию речевых способностей у детей после КИ, необходимы дополнительные исследования в области базовых процессов обучения, памяти, познания и мышления. Кроме того, фундаментальные знания об элементарных сенсорных и когнитивных процессах, которые лежат в основе развития речевых и языковых способностей детей после КИ, также играют важную роль в разработке новых, оптимальных методов реабилитации, которые ориентированы на конкретного ребенка, исходя из его индивидуальных особенностей развития [1, 3].

Слуховая депривация и пластичность мозга

Ведущую роль в развитии речи играют центральные отделы слуховой системы; недаром говорят, что человек слушает ухом, а воспринимает мозгом. Слуховая депривация, обусловленная врожденной глухотой, лишает традиционные области слуховой коры мозга физиологического стимула, который необходим для нормального анатомо-физиологического развития этой области коры, и она постепенно утрачивает свои способности обрабатывать речевую информацию. По мнению большинства авторов, чувствительный (сенситивный) период для развития слуховой области коры составляет 3,5 года [7–10]. Совокупность электрофизиологических исследований с регистрацией слуховых корковых вызванных потенциалов (СКВП) позволила проанализировать созревание слуховой области коры у детей с нормальным слухом и в условиях слуховой депривации. У детей с нормальным слухом с возрастом происходит постепенный рост амплитуды и уменьшение латентного периода волны Р1, тогда как у детей с врожденной глухотой амплитуда этой волны существенно ниже, а латентный период больше [8]. В то же время у детей с врожденной глухотой, которые проимплантированы в возрасте до 3,5 года, латентность волны P1 попадает в диапазон нормы через три – шесть месяцев электростимуляции, а у детей, которые проимплантированы после семи лет, латентность P1 не нормализуется даже после нескольких лет стимуляции, что обусловлено реорганизацией слуховой области коры в результате слуховой депривации [9].

Кроме того, у детей с КИ латентность волны Р1 хорошо коррелирует с уровнем развития устной речи и языковых навыков. Даже у детей с недостаточной эффективностью КИ наблюдалось снижение или стабилизация латентности P1 и постепенное развитие слуховых и языковых навыков. В то же время у детей, которые не использовали импланты на постоянной основе, увеличилась латентность P1 и ухудшились слуховые и языковые навыки. Компонент P1 считается важным клиническим ресурсом, способным не только измерять созревание коры головного мозга, но и оценивать прогресс развития речевых навыков у детей после КИ [9, 11]. Если установка КИ была проведена в течение сенситивного периода до 3,5 года, как правило, происходит быстрый прогресс развития навыков устной речи и в дальнейшем уровень развития устной речи мало отличается от слышащих сверстников.

В последнее время встречается множество публикаций относительно СКВП, использующих парадигму слуховых отклонений P300 и негативность несоответствия у пациентов с КИ. Так, латентный период потенциала P300 так же, как и потенциала P1, статистически значимо отличается у детей раннего возраста по сравнению с детьми, имплантированными после сенситивного периода 3,5 года [12].

При этом амплитуда потенциала P300 хорошо коррелирует с показателями восприятия речи (r = 0,70, p = 0,05) и продолжительностью глухоты (r = -0,83, p = 0,009) [13]. Кроме того, у всех пользователей имплантов амплитуда P300 достоверно коррелирует с разборчивостью речи в шуме (r = -0,65, p = 0,001) и с маскировкой конкурирующей мужской (r = -0,62, p = 0,002) и женской речью (r = -0,60, p = 0,003) [14].

Менее обнадеживающие результаты получены при регистрации потенциала негативности несоответствия (MMN). Если в ранних публикациях отмечалась значительная положительная корреляция между распознаванием речи и амплитудой MMN потенциала [15], то в более поздних публикациях эта взаимосвязь полностью отсутствовала [16–18]. По мнению R. Abrahamse и соавт. [13], потенциал P300, в отличие от потенциала MMN, обеспечивает более надежную оценку КИ, в том числе и на индивидуальном уровне.

Кросс-модальная пластичность мозга

Другой вопрос, активно обсуждаемый в литературе, – это кросс-модальная реорганизация мозга. Основной принцип нейробиологии заключается в том, что если в течение длительного периода времени не происходит адекватной для данной сенсорной системы стимуляции, то соответствующие области коры будут реорганизовываться. Слуховая депривация приводит к тому, что незадействованная в течение сенситивного периода слуховая область коры мозга используется для других сенсорных модальностей (таких, как зрение, вибротактильная и соматосенсорная системы) [19–21].

Следует иметь в виду, что кросс-модальная реорганизация не только изменяет функциональные связи внутри слуховой системы, но и меняет соотношение между другими сенсорными системами и нейрокогнитивными центрами [22, 23]. Так, например, H. Glick и A. Sharma [24] во время исследования зрительных корковых вызванных потенциалов (ЗКВП) установили, что у детей с врожденной глухотой отмечается увеличение амплитуды и уменьшение латентности этих потенциалов по сравнению с детьми того же возраста с нормальным слухом. По данным позитронно-эмиссионной томографии, дети с нормальным слухом продемонстрировали активацию областей коры, связанных с типичной обработкой визуальных стимулов движения (область мозжечка) для всех компонентов ЗКВП, в то время как дети с КИ продемонстрировали дополнительную активацию правой латеральной височной области коры мозга [25, 26]. Таким образом, в слуховой области коры происходит реорганизация на восприятие дополнительной зрительной информации взамен утраченной слуховой информации. Эти данные были также подтверждены результатами диффузной оптической томографии высокой плотности [27, 28].

Вовлечение слуховой области коры в работу зрения может быть функционально связано с необходимостью получения дополнительной зрительной информации из-за недостаточности слуховой информации. Высвобожденная в результате слуховой депривации слуховая область коры используется для обработки зрительной информации. T.R. Bergeson и соавт. [29] утверждают, что дети с поздней КИ демонстрируют более высокий уровень зрительного (способность чтения по губам) и слухозрительного восприятия речи по сравнению с детьми с ранней имплантацией, использующими восприятие речи исключительно на слуховой основе.

В более поздних исследованиях было экспериментально подтверждено, что для поддержки понимания устной речи, особенно в сложных акустических условиях, мозг задействует не только слуховые, но и  зрительные пути, используя мультисенсорные соответствия между движениями губ и акустическими характеристиками речевого сигнала [30, 31]. Таким образом кросс-модальная пластичность мозга позволяет улучшить результаты КИ за счет поступления дополнительной зрительной информации. Вопреки существующему мнению о необходимости исключения зрения при обучении устной речи, результаты демонстрируют, что кросс-модальная активация слуховых областей мозга визуальной речью после имплантации обеспечивает адаптивные преимущества для улучшения восприятия устной речи за счет аудиовизуального механизма [27, 28]. Использование чтения по губам позволяет поддерживать фонологические представления и языковую специализацию левого полушария, что еще больше улучшает понимание устной речи [32, 33]. Соответственно при ограниченном восприятии устной речи у детей и взрослых в программу реабилитации необходимо дополнительно включать обучение зрительному восприятию устной речи, то есть развивать способность чтения по губам.

В литературе также имеются сведения, что при слуховой депривации слуховая кора может быть использована и для обработки соматосенсорной информации, что также может отразиться на восприятии слуховой информации. Так, у детей с нормальным слухом соматосенсорные корковые вызванные потенциалы регистрируются исключительно в соматосенсорной области коры, тогда как у детей с имплантами они регистрируются не только в соматосенсорной, но и контралатеральной слуховой области [34]. Причем у детей после КИ с отличными результатами восприятия речи вибротактильная (соматосенсорная) стимуляция приводила к активации только классической соматосенсорной области коры, как и у нормально слышащих детей, в то время как у детей со средними результатами происходило дополнительное задействование контралатеральной слуховой области коры [35].

Кроме того, области, не затронутые глухотой, такие как лобно-теменная доля коры и медиальная префронтальная кора, продемонстрировали высокую пластическую способность. Использование жестовой речи у глухих подростков и взрослых приводит к реорганизации коры головного мозга [36]. Жестовая речь сама по себе вызывает модификацию мозга, особенно в области моторики рук и в областях, участвующих в визуальной обработке изображения лица и кистей рук. Эти пластические изменения в работе мозга необходимо учитывать при организации и проведении слухоречевой реабилитации у пользователей имплантов, испытывающих трудности при восприятии речи на слуховой основе [37, 38].

Таким образом, у детей с врожденной глухотой, проимплантированных после сенситивного периода, в слуховой области коры происходит обработка не только слуховой, но и сопутствующей неслуховой (зрительной и соматосенсорной) информации, что приводит к кросс-модальной перестройке в организации центральной нервной системы. Кросс-модальной реорганизацией коры можно объяснить трудности в слуховом восприятии и обучении устной речи у детей, которым устанавливают имплант после окончания сенситивного периода [19].

Заключение

В результате слуховой депривации у детей с врожденной глухотой происходит перестройка в организации центральной нервной системы. Анализ научных источников, посвященных изучению морфологических изменений головного мозга, выявленных с помощью магнитно-резонансной томографии при врожденной потере слуха, продемонстрировал снижение плотности белого вещества и увеличение серого вещества как в слуховой, так и речевой области коры мозга как у детей, так и у взрослых [39].

Регистрация СКВП позволила проанализировать созревание слуховой области коры у детей с нормальным слухом и в условиях слуховой депривации. По мнению большинства авторов, сенситивный период для развития слуховой области коры составляет 3,5 года [7–10, 19]. Пластические изменения в слуховой области коры головного мозга после этого периода могут существенно повлиять на результаты слухоречевой реабилитации после КИ [37, 38].

Кроме того, слуховая депривация приводит к тому, что незадействованная в течение сенситивного периода слуховая область коры мозга используется для других сенсорных модальностей. Вовлечение слуховой области коры в обработку зрительной и соматосенсорной информации может быть обусловлено необходимостью получения дополнительной сенсорной информации для улучшения слухового восприятия устной речи. Поэтому дети с поздней имплантацией, как правило, используют слухозрительное восприятие речи, по сравнению с детьми с ранней имплантацией, использующими восприятие речи исключительно на слуховой основе [29, 30].

Пластические кросс-модальные изменения в работе центральных отделов мозга необходимо учитывать при организации и проведении слухоречевой реабилитации, особенно у детей с врожденной глухотой и поздней имплантацией. При разработке оптимальных методов реабилитации необходимо учитывать фундаментальные знания об основных сенсорных и когнитивных процессах, которые лежат в основе развития речевых и языковых навыков у детей с КИ. 

Конфликт интересов. Авторы заявляютоб отсутствии конфликта интересов.