Нейроны в головном мозге связаны в одну общую сеть, причем как на молекулярном уровне, так и функционально: на связях между разными отделами мозга полностью строится его работа. Разумеется, если повреждается какой-то из отделов мозга, то связь его с другими отделами нарушается — и это в итоге приводит к потере функций. Например, инсульт, сопровождающийся кровоизлиянием в левом полушарии, приводит к потере части речевых функций — афазии.

Мозг, однако, достаточно пластичен, и пластичности его хватает для того, чтобы нейронные связи реорганизовались, а функции, которые ранее выполняли поврежденные участки, перешли к другим отделам. Разумеется, этому предшествует длительный процесс реабилитации, который может занять несколько лет; при этом механизм того, как именно связи восстанавливаются (в особенности при достаточно обширных нарушениях) до сих пор неясен до конца.

Ученым под руководством Дорит Климан (Dorit Kliemann) из Калифорнийского технологического института удалось изучить восстановление функциональных связей в мозге шести пациентов, переживших гемисферэктомию в детском возрасте. Несмотря на отсутствие обширной части мозга как в левом, так и в правом полушарии, все пациенты отличались нормальными когнитивными и физическими способностями — во многом за счет того, что пережили операцию в раннем возрасте (от нескольких месяцев до 11 лет; на момент проведения исследования самим пациентам было от 20 до 31 года).

Работу мозга пациентов изучили с помощью фМРТ покоя — этот метод позволяет оценить функциональные связи головного мозга вне выполнения каких-либо заданий и воздействия какой-либо стимуляции. Всего исследователи сосредоточились на семи функциональных связях, которые суммарно покрывают практически всю кору в обоих полушариях: зрительная, соматомоторная, дорсальный и вентральный зрительные пути, связанные с работой внимания, лимбическая система, связь, отвечающая за когнитивный контроль, а также сеть пассивного режима работы мозга.

Результаты, полученные для пациентов, сравнили с шестью здоровыми участниками контрольной группы, подобранными по демографическим показателям. Ученые выяснили, что, по сравнению с контрольной группой, изученные функциональные связи в мозге пациентов были значительно прочнее (в особенности — у двух пациентов), но при этом организованы были так же: например, наблюдалась характерная слабая связь между разными сетями.

По-видимому, за время, прошедшее с операции по удалению части мозга, связи успели организоваться таким образом, чтобы занимать целые участки. Например, это было хорошо заметно по сети пассивного режима, которая обычно занимает оба полушария: у пациентов, в зависимости от очага повреждения, она была хорошо сохранения либо в одном, либо в другом полушарии.

Образование более прочных связей, таким образом, может служить механизмом восстановления работы мозга после повреждения. У изученных пациентов это проявляется лучшим возможным образом: несмотря на отсутствие обширных участков мозга, их когнитивные функции находятся на уровне нормы. При этом успех такой реорганизации, по-видимому, не зависит от возраста проведения гемисферэктомии и размера вырезанного участка: наиболее прочные функциональные связи наблюдались у пациента, который лишился половины правого полушария в возрасте трех месяцев, и пациентки, у которой в возрасте семи лет вырезали правое полушарие практически полностью.

Определенные функции головного мозга могут восстанавливаться даже в том случае, если поврежден или удален ключевой в их работе участок. Например, это работает для обонятельной системы: недавно ученые рассказали о нескольких пациентках, которые могут чувствовать запахи без обонятельных луковиц. Впрочем, как именно это происходит, пока что неясно.