Полосатое тело помогло диагностировать шизофрению автоматически

Ученые из Китая разработали алгоритм, который на основании особенностей активности полосатого тела диагностирует шизофрению с точностью более 80 процентов. Также этот анализ позволяет прогнозировать восприимчивость пациента к терапии антипсихотическими препаратами. Аномалии функционирования полосатого тела коррелируют с работой дофаминергическиой системы и экспрессией генов, которые связаны с риском развития шизофрении. Статья опубликована в журнале Nature Medicine.

Диагностирование шизофрении осложняется очень широкой симптоматикой и тем, что причины этого заболевания изучены слабо. Основная гипотеза о механизме шизофрении заключается в нарушении дофаминового баланса. Дофамин — нейромедиатор с широким спектром функций, он тесно связан с системой поощрения в мозге. При шизофрении в основном назначают антипсихотики, которые блокируют дофаминовые рецепторы и снижают активность этого медиатора.

Ученые полагают, что структура, которая играет центральную роль в развитии шизофрении — это полосатое тело, — группа базальных ядер полушарий головного мозга. У больных в этой структуре зачастую повышена дофаминергическая активность. Ань Ли (Ang Li) и его коллеги из Китайской академии наук решили использовать аномалии функционирования полосатого тела как маркер для диагностики шизофрении. Для этого провели фМРТ мозга 560 больным шизофренией и 540 здоровым людям.

Затем ученые обучили классификатор на основе метода опорных векторов определять диагноз (здоров или болен шизофренией) по трем характеристикам работы полосатого тела: амплитуде низкочастотных колебаний, активности связей внутри полосатого тела и с внешними структурами мозга (всего более 12 тысяч элементов). 

Для каждого добровольца вычислили коэффициент аномальности полосатого тела по положению характеристик в пространстве опорных векторов: коэффициент был отрицательным у больных и положительным у контрольных участников. Кроме того, ученые провели перекрестную проверку алгоритма, протестировав его на данных из разных медицинских центров и разных аппаратов МРТ. Также вычислили и коэффициент аномальности полосатого тела для пациентов с другими психическими заболеваниями.

Ученые проверили, связаны ли отклонения работы полосатого тела с повышением активности дофаминергической системы и с экспрессией генов, которые ассоциируют с шизофренией. Для этого использовали результаты позитронно-эмиссионной томографии и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии здоровых добровольцев. Также проанализировали данные об активности 43 генов, которые связаны с шизофренией. Пространственную экспрессию маркеров дофаминергичекой системы и выбранных генов сравнили с распределением амплитуд низкочастотных колебаний в полосатом теле.

Исследователи обнаружили ряд различий в работе полосатого тела между людьми с шизофренией и здоровыми добровольцами. Например, у больных была увеличена амплитуда низкочастотных колебаний, а также отличались (по сравнению с контрольной группой) связи полосатого тела с другими областями. Алгоритм, который обучили на этих данных, отличал больных шизофренией с точностью более 80 процентов. Показатель не отличался от контрольных групп для всех исследованных психических заболеваний кроме биполярного расстройства — у людей с таким диагнозом коэффициент был ниже, чем в контроле.

Коэффициент аномальности полосатого тела значительно различался среди больных. Оказалось, что этот показатель связан с восприимчивостью к лечению антипсихотическими препаратами. Это наблюдение может помочь индивидуально подбирать терапию, так как зачастую невосприимчивость к антипсихотикам обнаруживают только после неудачи с несколькими препаратами и их концентрациями.

Как маркеры дофаминергической системы, так и гены, которые связаны с риском шизофрении, были активны в тех же зонах полосатого тела, в которых амплитуда низкочастотных колебаний была высока. Значит, оба эти механизма могут лежать в основе изменений активности полосатого тела при шизофрении.

Ученые давно ищут структурные и молекулярные особенности мозга, характерные для шизофрении. Выявили всего 413 генов, которые связаны с этим заболеванием. Кроме полосатого тела, в участии в развитии шизофрении подозревают мозолистое тело, а изменения эта болезнь вызывает и в ряде других отделов мозга. Подробно про шизофрению, ее причины, симптомы и лечение можно почитать в материале «Безумие в наследство» (здесь его продолжение).

Алиса Бахарева