Введение
Глаукома и другие заболевания зрительного нерва постепенно разрушают нервные клетки глаза, вызывая потерю поля зрения. Хотя пациенты часто не замечают медленно увеличивающихся слепых пятен, исследователи задаются вопросом, может ли мозг адаптироваться и использовать оставшееся зрение. Иными словами, могут ли пластичность коры головного мозга (способность мозга к реорганизации) и перцептивное обучение помочь компенсировать последствия повреждения зрительного нерва? Этот вопрос находится в активной фазе изучения. Визуализация мозга показывает, что глаукома не только убивает ганглиозные клетки сетчатки, но и приводит к изменениям по всему зрительному пути (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Исследователи обнаружили, что по мере ухудшения глаукоматозного повреждения активность в зрительной коре (области мозга, отвечающей за зрение) снижается в соответствующих областях поля зрения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). При этом общая карта зрения в мозге часто остается интактной (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Интересно, что многие пациенты с глаукомой плохо осведомлены о своих слепых пятнах. Это перцептивное заполнение – когда мозг «заполняет» отсутствующую периферическую информацию – считается отражением нейронной компенсации. Например, исследование с помощью визуализации мозга показало, что пациенты с глаукомой (даже с тяжелой потерей поля зрения) не сразу ощущали потерю зрения, потому что их мозг эффективно маскировал или «заполнял» дефектные области (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти данные свидетельствуют о том, что зрительная кора взрослого человека сохраняет некоторую пластичность даже после длительного заболевания глаз (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Корковая реорганизация при глаукоме
Глаукома разрушает ганглиозные клетки сетчатки и их аксоны в зрительном нерве. Аутопсийные и животные исследования показывают, что глаукома также вызывает «восходящее» повреждение: истончение латерального коленчатого тела (релейной станции в мозге) и даже гибель нейронов в первичной зрительной коре (V1) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Прижизненные исследования fMRI у человека с глаукомой подтверждают это: сила активности V1 коррелирует с потерей чувствительности поля зрения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ведущее исследование продемонстрировало, что области V1, соответствующие слепым участкам поля зрения, имели более низкие сигналы насыщения крови кислородом, тесно соответствующие потере чувствительности глаза (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Коротко говоря, повреждение глаз отражается в ослаблении корковых ответов там, где отсутствует нервный вход.
С другой стороны, организация зрительной коры при глаукоме часто выглядит в целом нормальной. Одно недавнее исследование fMRI показало, что крупномасштабная ретинотопическая организация (какая часть мозга соответствует какой части зрения) в основном сохранялась у пациентов с глаукомой (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Даже при потере периферического поля зрения грубая карта от центрального к удаленному зрению оставалась в правильном порядке (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Изменились небольшие локальные свойства: рецептивные поля в ранних зрительных областях имели тенденцию смещаться и иногда увеличиваться в сторону интактных областей (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Другими словами, нейроны, прилегающие к скотоме (слепому пятну), иногда начинали реагировать на близлежащие видимые области. Эти тонкие сдвиги предполагают наличие локализованной пластичности во взрослой зрительной коре (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Важно отметить, что степень этих изменений pRF (рецептивных полей популяции) коррелировала с тяжестью заболевания (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), подразумевая, что более прогрессирующая глаукома вызывает большую корковую адаптацию.
В заключение, исследования глаукомы с помощью визуализации показывают, что зрительный мозг действительно изменяется при повреждении глаз: корковая активность снижается в областях потерянного поля, и происходит небольшая перестройка около скотом (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эта реорганизация может помочь объяснить, почему многие пациенты не осведомлены о ранней потере поля зрения – мозг «заполняет» информацию и маскирует дефект (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Однако изменения ограничены. Большинство исследований показывают, что взрослая V1 не перестраивает свою карту радикально: общая организация сохраняется, и нейроны не восстанавливают внезапно потерянный вход.
Перцептивное обучение и тренировка зрения
Перцептивное обучение относится к систематической практике визуальных задач, которая может улучшить перцептивные способности. В медицине разрабатываются специализированные программы тренировки зрения, чтобы помочь пациентам с дефектами поля зрения (из-за глаукомы, инсульта или макулярной дегенерации) максимально использовать оставшееся зрение. Эти программы часто используют компьютерные упражнения или упражнения в виртуальной реальности, где пациенты многократно различают паттерны внутри или вблизи своих слепых областей. Идея состоит в том, чтобы усилить любые слабые сигналы и переобучить мозг лучше их обнаруживать.
Было протестировано несколько обучающих платформ. Например, одна коммерческая система (NovaVision’s “Vision Restoration Therapy”) предлагает пользователям часами ежедневно выполнять зрительные упражнения, нацеленные на края их слепых полей. Другие подходы используют контрастные паттерны, патчи Габора или движущиеся стимулы в гарнитурах виртуальной реальности. Существуют даже устройства биологической обратной связи, которые преобразуют мозговые сигналы (например, ЗВП) в звуки, чтобы пациенты могли «настраивать» свои мозговые реакции в реальном времени (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Доказательства клинических испытаний
Несмотря на энтузиазм, тщательные испытания дали смешанные результаты. Ранние восторженные сообщения о значительных улучшениях поля зрения вызвали критику. В одном известном обзоре отмечалось, что пионеры компьютерного обучения сообщали о драматических улучшениях (некоторые пациенты увеличивали поле зрения на десятки градусов). Однако, когда проводилось независимое контролируемое тестирование, эти улучшения исчезали (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В одном анализе периметрия после тренировки с тщательной фиксацией показала отсутствие значительного улучшения поля зрения, несмотря на субъективное ощущение лучшего зрения у пациентов (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). По сути, первоначальные исследования часто использовали одно и то же программное обеспечение для тренировки и оценки результатов, что может переоценивать преимущества (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Критики указывали, что тонкие движения глаз во время тренировки могли имитировать расширение поля: пациенты учились делать крошечные саккады в слепую сторону, так что визуальные стимулы были видны, хотя скотома на самом деле не уменьшалась (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Более поздние рандомизированные испытания приняли более строгие меры контроля. Многоцентровое исследование 2021 года при гемианопсии, вызванной инсультом, использовало 6 месяцев домашних тренировок. Пациенты выполняли задачи по дискриминации движения в своем поле. В группе лечения наблюдались очень небольшие улучшения (~0,6–0,8 дБ в чувствительности поля зрения), которые не были значительно больше, чем изменения в контрольной группе (www.sciencedirect.com) (www.sciencedirect.com). Это предполагает, что обычная тренировка в слепом поле не превосходила контроль (тренировку в видимом поле) в увеличении дефекта.
Однако не все исследования были отрицательными. Новое исследование (май 2025 года) с использованием персонализированной программы визуальной дискриминации в виртуальной реальности показало явные преимущества. Пациенты с инсультом, использующие гарнитуру VR в течение 12 недель, имели значительно больше областей с улучшенной чувствительностью (на ≥6 дБ) по сравнению с контрольной группой без тренировок (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). По стандартной периметрии, тренированные пациенты улучшились на ~0,7–1,2 дБ в пораженном поле, тогда как в контрольной группе изменения были практически нулевыми (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти улучшения привели к статистически и клинически лучшим показателям поля зрения. Это предполагает, что интенсивная, индивидуальная тренировка действительно может усилить зрительную чувствительность при хронической потере поля зрения.
Другие работы с использованием аудио-ЗВП биологической обратной связи (упомянутые выше) также выявили обнадеживающие, но предварительные результаты. В неконтролируемом пилотном исследовании, короткий курс слуховой обратной связи, управляемой ЗВП, улучшил остроту зрения и примерно утроил амплитуду сигнала ЗВП (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Хотя доказательств все еще мало, эти исследования намекают на то, что тщательно разработанные тренировки могут приводить к измеримым корковым улучшениям.
Размеры эффектов и противоречия
Важно установить ожидания. Даже когда тренировки показывают статистически значимые эффекты, размер улучшения обычно скромный. Изменения менее чем на 1 дБ в зрительном пороге (в децибелах контраста) типичны (www.sciencedirect.com) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Для справки, прирост в 1 дБ в поле зрения по Хамфри едва заметен, и изменчивость при повторном тестировании может быть аналогичной. Кроме того, многие испытания сообщают только о краткосрочных улучшениях сразу после тренировки. Очень немногие имеют долгосрочное наблюдение, поэтому мы не знаем, насколько устойчивы эти эффекты. Пациентам часто приходится продолжать упражнения неопределенное время для поддержания любого преимущества.
Противоречия сосредоточены на том, отражают ли измеренные улучшения истинное нейронное восстановление или другие факторы. Критики предупреждают, что некоторые улучшения могут быть вызваны лучшей стабильностью фиксации или эффектами тренировки на тестах. Как отмечалось, тщательные исследования показали, что тренировки, основанные на мозге, часто не приводят к восстановлению поля зрения, когда положение глаз строго контролируется (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Короче говоря, хотя перцептивное обучение подает надежды, доказательства неоднозначны. Некоторые высококачественные испытания показывают небольшие, но реальные преимущества (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), но другие не находят ответа на фиктивную тренировку (www.sciencedirect.com).
Корковая компенсация против восстановления сетчатки
Ключевое различие заключается в том, приводит ли тренировка к корковой компенсации или к фактическому восстановлению нервных клеток глаза. Истинное восстановление подразумевало бы, что поврежденные ганглиозные клетки сетчатки или волокна зрительного нерва регенерируют или восстанавливают связь, что биологически маловероятно. Зрительный нерв взрослого человека практически не имеет способности к регенерации утраченных нейронов. Поэтому большинство экспертов предполагают, что любые улучшения зрения от тренировки обусловлены изменениями на уровне мозга.
Например, оптическая когерентная томография (ОКТ) может измерять толщину слоев нервных волокон сетчатки и ганглиозных клеток. Почти все исследования тренировки зрения не показывают значительного увеличения этих толщин (и новых аксонов), что подчеркивает сохранение повреждения нерва. Интересно, одно небольшое исследование сообщило о легком утолщении в частях макулы после тренировки в виртуальной реальности (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), но это исключение и может быть связано с изменчивостью измерений или преходящими изменениями в ткани. В целом, безопаснее предполагать, что зрительная система лучше использует остаточные сигналы, а не истинно регенерирует ткань.
Напротив, корковая компенсация означает, что мозг перераспределяет и реорганизует свои существующие входы. Тренировка может задействовать сохраненные нейронные цепи или повысить чувствительность в высших областях обработки. Например, как наблюдалось в одном исследовании, области зрительной коры, которые все еще слабо реагировали, несмотря на слепоту – так называемый «нейронный резерв» – были именно теми, где произошли наибольшие улучшения поля зрения после тренировки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Другими словами, если мозг уже имел какую-то отключенную, но восстанавливаемую активность в слепом пятне, тренировка в основном усиливала этот латентный ответ. Любое умеренное расширение воспринимаемых полей зрения, таким образом, часто обусловлено этими внутрикорковыми изменениями, а не исцелением сетчатки.
Мониторинг изменений мозга: биомаркеры fMRI и ЗВП
Поскольку различение изменений на уровне мозга и изменений сетчатки имеет решающее значение, исследователи используют объективные биомаркеры. Два основных инструмента — это функциональная МРТ (фМРТ) и зрительные вызванные потенциалы (ЗВП).
-
Функциональная МРТ: Это неинвазивное сканирование мозга измеряет изменения кровотока при активности зрительной коры. При глаукоме и других состояниях фМРТ может картировать «ретинотопию», выявляя, какие части коры реагируют на какую часть поля зрения. Исследования использовали фМРТ для подтверждения того, что сигналы V1 снижаются в скотомах и для обнаружения тонкой перестройки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В контексте реабилитации фМРТ может показать, стимулирует ли тренировка большую корковую активность. Например, одно исследование показало, что пациенты, имевшие так называемый «нейронный резерв» (корковые ответы без сознательного зрения) в своем слепом поле, демонстрировали наибольшие улучшения после тренировки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это подразумевает, что фМРТ может в конечном итоге предсказывать, кто получит пользу от терапии: области, которые «загораются» на фМРТ, даже когда пациент не осознает, что видит, могут быть готовы к усилению тренировки.
-
Зрительные вызванные потенциалы: ЗВП — это ЭЭГ-записи электрического ответа мозга на вспышки или паттерны, сделанные с поверхности головы. Они непосредственно измеряют силу и время коркового ответа. На практике представляется шахматная доска или вспышка, и электроды улавливают характерную волну P100 примерно через 100 мс после стимула. Большая амплитуда или меньшая латентность обычно означают более сильную корковую обработку. Исследования тренировок показали, что эти показатели могут улучшаться. Например, недавний пилотный проект с использованием обратной связи, управляемой ЗВП, сообщил, что амплитуда P100 примерно утроилась после тренировки, параллельно с улучшением остроты зрения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Такой тип изменений убедительно свидетельствует о корковом обучении. Поскольку ЗВП объективны и количественны, они служат полезным биомаркером: если тренировка зрения повышает амплитуду ЗВП, это указывает на реальную нейронную пластичность в зрительных путях.
Комбинируя эти методы с визуализацией глаза (ОКТ) и стандартными тестами поля зрения, клиницисты могут отделить корковую адаптацию от любой аномалии сетчатки. Например, если после месяцев тренировки слои ОКТ пациента не изменились, но его ЗВП и ответы фМРТ стали сильнее, это указывает на пластичность на уровне мозга.
Заключение
В заключение, пластичность коры головного мозга существует даже у взрослых с повреждением зрительного нерва, но ее эффекты ограничены. Визуализация мозга показывает, что пациенты с глаукомой сохраняют в основном стабильную зрительную карту, с лишь локальными сдвигами рецептивных полей и изменениями амплитуды (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Перцептивное обучение может использовать эту пластичность: в некоторых случаях тщательно разработанные упражнения повышали зрительную чувствительность и остроту, вероятно, за счет усиления корковой обработки. Однако результаты клинических испытаний неоднозначны. Многие испытания показывают лишь крошечные улучшения (часто в пределах тестового шума), и часть первоначального энтузиазма была ослаблена строгим контролем (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.sciencedirect.com).
Критически важно, что любое улучшение, наблюдаемое при тренировке, не следует ошибочно принимать за истинное восстановление зрительного нерва. Текущие данные свидетельствуют о том, что улучшение зрения происходит за счет обучения мозга использовать оставшиеся сигналы, а не за счет регенерации клеток сетчатки. Для мониторинга таких изменений исследователи используют нейровизуализацию и электрофизиологию (фМРТ, ЗВП) наряду с офтальмологическими обследованиями. Эти биомаркеры могут документировать корковую реорганизацию, лежащую в основе любых функциональных улучшений.
Для пациентов это сообщение означает осторожный оптимизм. Мозг может в некоторой степени адаптироваться, и систематические упражнения для зрения могут принести небольшую пользу для остаточного зрения. Тем не менее, это улучшение существующего входа, а не лечение. Понимание и использование пластичности коры головного мозга является активной областью исследований. Будущие методы лечения могут включать тренировки под контролем визуализации или замкнутую биологическую обратную связь, чтобы максимально использовать естественную адаптивность мозга, но на данный момент любой такой подход следует рассматривать как дополнение к стандартному уходу за глазами, а не как его замену.