Асинхронность и мозг: дефицит гамма-частот связан с ослабленным когнитивным контролем.

Перевод прошлогоднего текста с schizophreniaforum.org: Asynchrony and the Brain—Gamma Deficits Linked to Poor Cognitive Control

12 декабря 2006 года. У некоторых людей нет чувства ритма, но они сохраняют такт, по крайней мере на клеточном уровне. Без синхронности этого такта сердце превратилось бы в бесполезную дергающуюся массу, а миллионы нейронов в коре головного мозга не смогли бы объединяться в тонко настроенные, играющие в унисон ансамбли. Пока нейросинхронность изучена слабо, но есть свидетельства ее ключевой роли в обеспечении нормальной работы мозга и нормального поведения человека. В частности, в последнее время появились свидетельства возможной ассоциации симптомов шизофрении с нарушениями ритма активности специфических групп кортикальных нейронов. В поддержку этого взгляда говорят данные недавнего исследования, проведенного Кэмерон Картер (Cameron Carter) из Университета Калифорнии в Дэвисе совместно с коллегами из Университета Питтсбурга. Находки ученых, о которых сообщено в предварительном выпуске PNAS на этой неделе, позволяют предположить, что ослабленная синхронизация нейронов, генерирующих специфические осцилляции – гамма-волны – ассоциируется с изменением возможностей когнитивного контроля у пациентов с шизофренией.

Нарушения в когнитивной сфере представляют важную черту шизофрении и считаются более достоверными предикторами неспособности больного выполнять повседневные функции, нежели яркие позитивные симптомы болезни, такие как психоз и бред. Сегодняшние антипсихотические лекарства на когнитивные проблемы действуют слабо, а некоторые даже усугубляют их. Истоки когнитивных дефицитов были увязаны с изменениями в дорсолатеральной префронтальной коре больных (DLPFC). Хотя физиология нарушений, стоящих за проблемами в DLPFC, в точности не установлена, МРТ-исследования больных шизофренией показали в этой области мозга пониженную активность – индикатор неполной реализации возможностей нейронов. Вдобавок, посмертный анализ тканей мозга больных продемонстрировал вероятное нарушение нейротрансмиссии в специфичной группе тормозных нейронов DLPFC, называемых клетками-канделябрами (Lewis et al., 2005), чья единственная функция заключается в иннервации и модулировании работы пирамидальных клеток - основных возбудительных нейронов коры, генерирующих осцилляции в гамма-диапазоне (30-80 Гц). «Наше исследование как раз объединяет эти наблюдения. Оно предполагает, что причиной тяжелых когнитивных нарушений при шизофрении является неспособность префронтальной коры генерировать осцилляции в гамма-диапазоне. Наша работа связывает поведенческие наблюдения и данные нейровизуализации с посмертными исследованиями тканей мозга» - сказал Картер в интервью сайту Schizophrenia Research Forum.

POP-тест

Хотя работы по гамма-осцилляциям при шизофрении уже проводились, они в большинстве своём были направлены на изучение вызванных осцилляций (evoked oscillations), спровоцированных сенсорной стимуляцией либо задачами, направленными на восприятие или отслеживание стимула (см. «Гипотеза на рассмотрении» от Woo et al.) В настоящем исследовании первый автор Рэймонд Чо (Raymond Cho) из Университета Питтсбурга и его коллеги сосредоточились на индуцированных гамма-ритмах, производимых не в ответ на внешний стимул, а в ходе выполнения задачи, запускающей когнитивные процессы исполнительного, или регуляторного, контроля (executive control processes of cognition). Авторы использовали когнитивный тест «подготовка к преодолению предрасположенности» (Preparing to Overcome Prepotency, POP-test), чтобы обнаружить возможную корреляцию гамма-осцилляций с когнитивным контролем при шизофрении. В ходе теста на экране перед добровольцами на короткое время вспыхивал красный или зеленый квадрат, а через секунду появлялась стрелка. Если она возникала после зеленого квадрата, добровольцу следовало нажимать кнопку согласно направлению стрелки (например: правая стрелка – правая рука), но если она появлялась после красного квадрата, доброволец должен был поступать наоборот (правая стрелка – левая рука); в последнем варианте требуется больший когнитивный контроль. Выбор пал на этот тест, так как он известен тем, что активирует DLPFC, а также потому, что эта активация хорошо коррелирует с результатами теста. Ученые обнаружили, что больные шизофренией совершали значительно больше ошибок при выполнении части задания, требующей усиленного когнитивного контроля. Пациентам также требовалось значительно больше времени как на простую, так и на контролируемую реакцию.

Чтобы обнаружить отличия в гамма-осцилляциях, коррелирующие с ухудшением результатов, Чо с коллегами записали ЭЭГ испытуемых. Как оказалось, у нормальных испытуемых два электрода – один в правой фронтальной зоне (электрод 2 или AF8 для знакомых с номенклатурой расположения) и один в левой (электрод 21 или FC1) выдавали значительно большую разницу между реакциями с низким и высоким контролем; этот разброс был гораздо меньше у больных шизофренией, что может говорить о трудностях в генерации гамма-осцилляций в ответ на стимулы.

Чтобы оценить значительность находки, Чо с коллегами измерили корреляцию симптомов шизофрении с разностью гамма-реакций на этих двух электродах. Они выбрали показатели дезорганизации – классического симптома заболевания, негативно коррелирующего с активацией DLPFC - и поведенческой деятельности (behavioral performance), также нарушенной у больных, что отражается в повышенном количестве ошибок при выполнении когнитивного теста. Исследователи обнаружили позитивную корреляцию данных, снятых с правого фронтального электрода, с дезорганизацией; в то же время гамма-осцилляции в области левого фронтального электрода позитивно коррелировали с точностью выполнения задания.

Работа показывает, что увеличение требований к когнитивному контролю ведет к усилению гамма-осцилляций и у здоровых, и у больных испытуемых, но в двух специфических областях мозга ЭЭГ-реакция у пациентов слабее. То, что гамма-осцилляции у больных шизофренией коррелируют в правой фронтальной зоне с дезорганизацией, а в левой – с точностью выполнения теста, говорит о разных ролях, играемых этими областями в процессе заболевания. Таким образом, исследование открывает возможности для разработки диагностических, скрининговых и терапевтических подходов. «Измерение префронтальной гамма-синхронности с помощью ЭЭГ может стать полезным инструментом для оценки нарушений префронтальных цепей коры, в сочетании с поведенческими показателями нарушения когнитивного контроля при шизофрении» - пишут авторы.

ЭЭГ-исследования гораздо проще в осуществлении и менее инвазивны по сравнению с МРТ, что позволит проводить крупные исследования промежуточных фенотипов болезни – эндофенотипов, и сравнивать их результаты, например, с данными генетических тестов. И последнее, но немаловажное, высказывание: поскольку находки согласуются с предсказаниями ряда ученых относительно роли интернейронов при шизофрении, «некоторые молекулярные мишени, идентифицированные в данных сетях, теперь станут целями для терапевтического воздействия» - предположил Картер. В их число могут войти определенные подтипы рецепторов и транспортеров ГАМК – основного тормозного нейротрансмиттера, участвующего в модулировании гамма-осцилляций (см. текст SRF на эту тему). Том Фаган (Tom Fagan), schizophreniaforum.org.

Публикация:Cho RY, Konecky RO, Carter CS. Impairments in frontal cortical gamma synchrony and cognitive control in schizophrenia. PNAS early edition. 11 December 2006. Abstract