Целостность белого вещества предсказала эффективность неинвазивной стимуляции
Британские ученые выяснили, что эффективность применения микрополяризации для улучшения когнитивных функций после травмы головного мозга зависит от целостности трактов белого вещества в стимулируемых зонах. В качестве основного показателя работы когнитивных функций ученые выбрали когнитивный контроль, который оценили по способности участников вовремя останавливаться при выполнении задания. Результаты работы могут объяснить, почему неинвазивная стимуляция для восстановления некоторых функций не всегда работает, пишут ученые в Brain: A Journal of Neurology.
В последние несколько лет исследователи все чаще используют неинвазивные методы стимуляции головного мозга в качестве метода для лечения психических и неврологических заболеваний. Преимущество такого метода очевидно: неинвазивная стимуляция не требует операционного вмешательства и внедрения электродов в мозговые структуры для контроля активности и стимуляции (как, например, глубокая стимуляция). Несмотря на свою эффективность (например, вы можете прочитать о том, как магнитную стимуляцию применяют для снижения суицидальных наклонностей у больных депрессией), у неинвазивных методов стимуляции есть и ограничения: например, достаточно сложно оценить их оправданность и эффективность в терапии повреждений головного мозга (например, после полученной травмы).
Проверить, можно ли предсказать такую эффективность по структуре головного мозга, решили ученые под руководством Люсии Ли (Lucia Li) из Имперского колледжа Лондона. Они сосредоточились на методе транскраниальной стимуляции постоянным током (или микрополяризации, tDCS), который позволяет регулировать активность нейронов посредством малого постоянного тока.
В их исследовании приняли участие 35 пациентов с травмой головного мозга разной степени тяжести, а также 24 человека без неврологических нарушений в качестве контрольной группы. Структурные повреждения мозга оценили по анализу МРТ: ученые сосредоточились на повреждениях белого вещества (оно преимущественно состоит из пучков аксонов нейронов), его целостность определяли с помощью фракциональной анизотропии, которая позволяет оценить диффузию молекул в тканях.
Главным показателем когнитивных функций (а точнее — когнитивного контроля) участников выбрали время реакции на стимул. Для этого ученые провели эксперимент по парадигме «стоп-сигнал». Участникам такого эксперимента необходимо следить за стрелочками, которые появляются на экране и указывают либо в правую, либо в левую сторону, и нажимать, соответственно, либо левую, либо правую кнопку из двух предложенных. Во время эксперимента на экране периодически возникает красная точка, которая сигнализирует о том, что нажимать ничего не нужно. Показатель времени реакции — то, насколько быстро участник останавливается при виде стоп-сигнала (точки).
Во время прохождения эксперимента участникам с помощью микрополяризации стимулировали область правой нижней лобной извилины и проводящие пути задней островковой доли, которые отвечают, соответственно, за когнитивный контроль и моторные функции. Стимуляция была активирующей (анодной), ингибирующей (катодной) и пустой (контрольной или англ. sham).
Время реакции участников из экспериментальной группы было в среднем на восемь секунд выше и отличалось большей вариативностью. Анодная стимуляция участков мозга улучшала время реакции участников, но в экспериментальной группе значимо (p < 0,001) коррелировала с целостностью тракта белого вещества, который связывает переднюю поясную кору, начало дополнительной моторной области и заднюю островковую долю. Другими словами, чем меньше нарушений наблюдалось в этом тракте, тем эффективнее была стимуляция для улучшения времени реакции.
Ученые, таким образом, показали, что эффективность микрополяризации можно предсказать по целостности трактов белого вещества в стимулируемых зонах. Это, с одной стороны, объясняет, почему неинвазивная стимуляция не всегда помогает восстановить потерянные или ухудшенные функции, а с другой — позволит в будущем подбирать для подобных исследований более оправданные и эффективные протоколы.
С помощью микрополяризации, однако, все еще удается эффективно восстанавливать когнитивные функции. Например, недавно ученым удалось улучшить рабочую память пожилых людей с помощью синхронизации активности некоторых участков их головного мозга.
Елизавета Ивтушок
Этот механизм связан с балансом глутамата и ГАМК в дополнительной моторной коре
Британские исследователи обнаружили, что компульсивное поведение связано с уровнями возбуждающей и тормозной нервной передачи, измеренными по соответствующим нейромедиаторам глутамату и ГАМК, в дополнительной моторной коре мозга. Такая закономерность наблюдается и у здоровых людей, и у пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством. Публикация об этом появилась в журнале Nature Communications. Компульсивность (поведение, связанное с устойчивым повторением действий в ущерб адаптации) представляет собой трансдиагностическую психиатрическую черту без четкой границы между здоровой и патологической частями спектра. Индивидуальные различия в таком поведении связаны с функционированием дискретных «петель» между лобными долями и полосатыми телами как у здоровых людей с компульсивными чертами, так и у пациентов с максимальным уровнем компульсивных симптомов — например, при расстройствах, связанных с употреблением психоактивных веществ, или обсессивно-компульсивном расстройстве (ОКР). С большой вероятностью это связано с нейрохимической дисрегуляцией корковых сетей, в частности нарушением баланса основных медиаторов возбуждения и торможения — соответственно глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Однако имеющиеся исследования, проведенные с невысоким разрешением, не позволяют сделать об этом однозначные выводы. Сотрудники Кембриджского университета под руководством Тревора Роббинса (Trevor Robbins) пригласили для участия в исследовании 31 пациента с ОКР и 30 здоровых добровольцев. У них всех определили уровни глутамата, его метаболита глутамина, ГАМК и N-ацетиласпартата (показатель целостности нейронов) в передней поясной извилине (ACC) и дополнительной моторной коре (SMA) — ключевых областей лобно-стриатного контура, связанного с компульсивностью. В качестве региона сравнения выбрали затылочную кору (OCC). Исследование проводили методом протонного магнитного резонанса (ПМР) с индукцией в семь тесла и оптимизированной последовательностью импульсов (semi-LASER). Также участники заполнили три опросника для оценки компульсивности (OCI, IUS и профильные подразделы HTQ и YBOCS) и выполнили задание со снижающейся вероятностью ожидаемого исхода (contingency degradation task, CD). Оно позволяет количественно оценить склонность к привычным действиям (от стимула к ответу) или, напротив, к целенаправленным (от действия к результату). Выяснилось, что уровни глутамата и ГАМК у здоровых добровольцев сбалансированы (то есть положительно коррелируют друг с другом) во всех трех исследованных областях (ACC, SMA и OCC), а у пациентов с ОКР — только в ACC. Сравнение уровней нейрометаболитов показало, что при ОКР в ACC значительно выше уровень глутамата и его отношение к ГАМК, а уровень ГАМК ниже, чем у здоровых людей. В SMA подобных различий не наблюдалось. Как и ожидалось, уровень компульсивности по данным опросников был выше при ОКР, при этом и у пациентов, и у здоровых участников он положительно коррелировал с концентрацией глутамата в SMA, но не в ACC. Индекс привычного реагирования по CD в среднем оказался одинаковым в обеих группах и увеличивался с повышением уровня глутамата или снижением уровня ГАМК в SMA. При ОКР схожая закономерность прослеживалась и в ACC. Таким образом, механизмы привычного контроля и соотносящегося с ним компульсивного поведения, общие для здоровых людей и пациентов с ОКР, связаны с SMA. ACC дополнительно вовлечена в поддержание баланса между привычным и целенаправленным реагированием при ОКР. Авторы работы подчеркивают, что обнаруженная связь сугубо корреляционная, и для выяснения причинности необходимы дальнейшие исследования. Ранее разные научные группы показывали, что люди с ОКР и люди с игровой зависимостью по-разному учатся на результатах принятых решений и восприимчивы к награде; что компульсии мешают формированию адаптивного поведения у подростков; что эффективность психотерапии при лечении ОКР можно предсказать по фМРТ, и что каннабис может ненадолго ослабить симптомы этого заболевания.