В январе 2021 года в журнале Translational Psychiatry было опубликовано исследования Edmund T. Rolls et al., авторы которого сфокусировали внимание на изменении с течением времени функциональных связей в головном мозге, а затем сравнили полученные показатели у людей с психическими расстройствами и без. Авторы своей задачей поставили определить, как эти процессы происходят у людей,  длительно страдающих шизофренией,  по сравнению с теми,  кто перенёс первый эпизод заболевания,  а также по сравнению с теми, кто страдает синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ); и как различные участки таламуса работают при шизофрении и СДВГ. Для этого они воспользовались четырьмя базами данных.

 

Учёные отобрали из Human Connectome Project (НСР)  1017 человек 22 – 35 лет.  123 человека,  длительно страдающих шизофренией и 136 человек для группы контроля были взяты из материалов больницы Veteran General Hospital в Тайване. 154 пациента, госпитализированных по поводу первого психотического эпизода, и 112 человек для контрольной группы были отобраны из центра Shanghai Mental Health Center.  Результаты fМРТ респондентов с СДВГ были взяты из исследования ADHD-200 Consortium.  Для уточнения функциональных и анатомических связей между областями головного мозга использовался автоматизированный анатомический атлас (The automated anatomical labeling atlas 3, AAL3).  Временная вариативность функциональных связей была вычислена с помощью специальной формулы. 

 

Среди респондентов 1017 респондентов HCP высокую временную изменчивость обнаружили функциональные связи, образованные амигдалой, орбито-фронтальной корой, каудальными ядрами, поясной извилиной, гиппокампом, парагиппокампальной извилиной, латеральным и медиальным коленчатыми ядрами таламуса. Наименьшая временная вариативность была обнаружена в области моторной и первичной зрительной коры. Авторы объяснили это тем, что зрительная кора имеет более прочные функциональные связи между своими областями, что позволяет им перестраиваться одновременно. Такие области, как гиппокамп, парагиппокампальная извилина, амигдала и орбито-фронтальная кора, напротив, имеют функциональные связи с множеством других регионов головного мозга и изменяются вне зависимости друг от друга. Помимо этого, зрительная кора может иметь сильные функциональные связи с моторной корой. 

 

Далее авторы сравнили респондентов с хронической шизофренией из больницы Veteran General Hospital с контрольной группой. В случае болезни авторы обнаружили высокую временную вариативность в области  первичной зрительной коры (нижняя затылочная извилина, веретенообразная извилина), височной коры, орбито-фронтальной коры, таламических ядер (медиальное дорсальное, вентральные передние и латеральные ядра), моторных областей (скорлупа и бледный шар). Согласно данным, полученным из AAL3, в регионах мозга с сильными функциональными связями при хронической шизофрении происходит их ослабление. К таким зонам относятся первичная зрительная кора (затылочная область, шпорная борозда, лингвальная извилина, клиновидная извилина) с функциональными связями, образованными как внутри неё, так и с височной долей, слуховой корой (извилина Гешля, верхняя височная извилина). Есть изменения и в таламических ядрах. Прочная связь обнаружена в медиальном дорсальном, вентральных переднем, латеральном, задних ядрах. Ослабляется связь в области срединных и латеральных групп ядер таламуса. 

 

Затем авторы исследовали респондентов с первым психотическим эпизодом, отобранных в Shanghai Mental Health Center. Временная вариативность оказалась выше между височной и зрительной корой, в областях поясной извилины и верхней медиальной префронтальной коры. В области зрительной коры изменений во внутренних функциональных связях не было. Функциональные связи в височной области, в орбито-фронтальной коре, гиппокампе и парагиппокампальной извилине оказались слабыми. Обнаружены сильные функциональные связи между следующими ядрами таламуса: медиальное дорсальное ядро, вентральные переднее и латеральное ядра, латеральное и вентральное задние ядра. Латеральная и медиальная группы ядер таламуса продемонстрировали слабую функциональную связь при первом эпизоде шизофрении, как и в случае её хронического течения. 

 

Затем авторы изучили результаты фМРТ у респондентов с СДВГ. Областью с низкой временной вариабельностью оказалась первичная зрительная кора (клиновидная извилина). Областями с высокой способностью изменять функциональные связи с течением времени оказались продольная извилина, задняя поясная кора, вентро-медиальная префронтальная кора. Авторы делают вывод о том, что зрительная кора достаточна устойчива к изменениям в головном мозге, к которым приводит СДВГ. Устойчивость функциональных связей сохраняется в области срединной и латеральной групп ядер таламуса. Более слабая функциональная связь была обнаружена в области медиального дорсального, вентральных переднего и латерального ядер таламуса. 

 

Таким образом, авторы обнаружили слабую изменчивость со временем функциональных связей зрительной коры. Достаточно сильные изменения происходили в орбитофронтальной коре, амигдале и гиппокампе. Следовательно, функциональные связи зрительной коры более прочные. 

 

Значение функциональных связей для нормального функционирования головного мозга подчёркивается обнаружением их изменения в случае болезней. Так, при длительно существующей шизофрении временная вариативность выражена значительне, чем в случае СДВГ. 

 

Гипотеза об аттрактивности нейросетей объясняет взаимоотношения между функциональными связями, возникающими между нейронами, их стабильность или изменчивость в связи с заболеваниями. Возбуждение от активных нейронов переходит к менее активным клеткам, и тем самым обеспечивается постоянство нейросети. Между нейронами одной области головного мозга существуют прочные функциональные связи. И если нейрон или группа нейронов формирует связь с клетками другой области, оставшиеся клетки берут на себя из функции в формировании сети. При шизофрении наблюдается снижение нейрональной активности, особенно в области префронтальной коры. Формируется нестабильность в аттрактивной нейросети. Это приводит к ослаблению внимания, и приходится волевыми усилиями удерживать его. В результате ослабляются функциональные связи в сенсорных областях. Процессы как бы сдвигаются в сторону собственных мыслей, а реакция на происходящее вокруг снижается. Введение понятия временной вариативности демонстрирует динамику изменений в головном мозге при шизофрении и способствует пониманию патогенеза тех или иных симптомов, например, какие образом нарушается внимание, почему нарушаются ассоциативные процессы. 

 

Обнаружение при длительно текущей шизофрении высокой временной вариативности в зрительной, височной коре, в орбитофронтальной зоне и ослабление функциональных связей в височной области подтверждает, что одними из основных звеньев патогенеза шизофрении являются редукция связей между нейронами и вследствие этого усиление возбуждения. Это приводит к дестабилизации аттрактивной нейросети из-за того, что активности нейронов недостаточно для поддержания её возбуждения. 

 

При первом приступе шизофрении происходят те же изменения ассоциативных связей, что и при длительном её течении, однако, они менее выражены. Более того, после первого эпизода не было обнаружено нарушения связей внутри первичной зрительной коры. 

Снижение связанности первичной зрительной коры с другими зонами головного мозга подтверждает теорию о том, что у пациентов с длительно текущей шизофренией нарушается обработка информации по типу «bottom-up», когда визуальная информация трансформируется мозгом в образ. Восприятие концентрируется в большей степени на внутренних процессах, и человек как бы отстраняется от того, что происходит в окружающей среде. 

 

При СДВГ авторы обнаружили слабую изменчивость ассоциативных связей в области первичной зрительной коры. Эта находка подтверждает гипотезу о том, что при данном расстройстве повышена восприимчивостью к зрительным стимулам, снижено внимание в момент выполнения длительных и кропотливых заданий, при этом возможны частые прерывания из-за внешних стимулов. 

 

Высокая изменчивость функциональных связей в сенсорных ядрах таламуса (латеральные и срединные группы ядер), прочные дофаминовые пути между ядрами таламуса и чёрной субстанцией свидетельствуют о роли дофамина в патогенезе шизофрении. Ядра ретрансляции ассоциативной информации, напротив, имеют прочные функциональные связи. Данные изменения наблюдались как при длительно текущей шизофрении, так и при первом эпизоде. Это определяет некоторую устойчивость таламуса к шизофреническому процессу. 

 

При СДВГ были обнаружены более прочные связи между сенсорными ядрами таламуса, что свидетельствует о прочности сенсорных путей, и слабые связи между ассоциативными ядрами, что говорит о вариативности его связей с фронтальной корой. Это приводит к нарушениям функций внимания и контроля. Таким образом, новое исследование приближает к пониманию, каким образом нарушается работа коры головного мозга при некоторых психических расстройствах. 

 

Автор перевода: Вирт К.О.

 

Источник: Edmund T. Rolls, Wei Cheng, Jianfeng Feng. Brain dynamics: the temporal variability of connectivity, and differences in schizophrenia and ADHD. Translational Psychiaty.