как сохранить нейроны головного мозга
Как восстановить связи между структурами мозга при психических расстройствах?
Наши исследования в области структурной и функциональной нейровизуализации показывают, что при разных психических расстройствах поражаются разные пучки волокон (белое вещество), например, при слуховых галлюцинациях аркуатные (дугообразные) связи между центрами Брока и Вернике, а в тяжелых случаях и крючковидная или унциатная связка волокон. Довольно часто при психических расстройствах мы фиксировали изменения со стороны цингулярной связки, проходящей по внутренней части височной доли. Возникает вопрос: как нам восстановить разрушенные связи мозга?
Серое и белое
«Серое вещество» — только один из двух типов мозговой ткани; другое «белое вещество» упоминается в литературе гораздо реже. Несмотря на то, что белое вещество составляет половину человеческого мозга, многими авторами оно не считается важным для познания или обучения вне контекста патологии. Однако, эта точка зрения постепенно меняется. Визуализация, клеточные и молекулярные исследования выявляют пластичность белого вещества с возможными последствиями для нормальной когнитивной функции и психических расстройств.
Из чего состоит белое вещество мозга?
Белое вещество, которое находится под корой серого вещества, состоит из миллионов пучков аксонов (нервных волокон), которые соединяют нейроны в различных областях мозга в функциональные цепи. Белый цвет обусловлен своего рода «электрической изоляцией» (миелин), покрывающей аксоны. Он образован не нейрональными клетками — олигодендроцитами, которые как бы обертываются до 150 слоев плотно сжатой клеточной мембраной вокруг аксонов, как «изолентой провод». Миелин необходим для высокоскоростной передачи электрических импульсов, и его повреждение может ухудшить проводимость и, как следствие, сенсорные, моторные и когнитивные функции.
Процесс миелинизации
Мозг человека продолжает подвергаться миелинизации, по крайней мере, до возраста третьего десятилетия, а лобные области коры головного мозга, которые реализуют исполнительные функции (планирование, прогнозирование, решение проблемных ситуаций) более высокого уровня миелинизируются последними.
Как восстановить волокна?
Процесс обучения включает изменения силы синапсов, связей между нейронами серого вещества. Но визуализация мозга человека с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) выявила структурные изменения в белом веществе после решения сложных задач. Замечено, что у взрослых испытуемых через 6 недель после обучения жонглированию наблюдалась повышенная структурная организация белого вещества в области мозга, важной для зрительно-моторного контроля. А в исследовании взрослых, обучающихся чтению, были увеличены объем, анатомическая организация и функциональная связь трактов белого вещества, соединяющих корковые области, важные для чтения. Неясно, влияют ли эти изменения в структуре белого вещества напрямую на функцию нейрона, изменяя передачу информации, необходимой для приобретения навыка. Однако наблюдения показывают, что освоение нового навыка связано с измененной структурой белого вещества в зрелом мозге. Таким образом разработка специальных когнитивных тренингов, направленных на восстановление тех или иных навыков по сути способных восстановить поврежденные связи (пучки волокон) белого вещества мозга при многих психических расстройствах.
Восстановление функций мозга в психиатрии и неврологии
Несмотря на то, что значение исполнительного функционирования для психической деятельности сложно переоценить круг его составляющих, на мой взгляд, очерчен нечеток. Исполнительные функции (executive function — EF) касаются ряда способностей, включая решение проблем, планирование, инициирование, самоконтроль, сознательное внимание, возможность справляться с новыми ситуациями и способность изменять планы при необходимости. Это высокая когнитивная функция, которая крайне важна для человека и позволяет ему поддерживать повседневную деятельность, сохраняя при этом хорошее качество жизни. С областью исполнительных функций связаны ассоциации психопатологической симптоматики, когнитивный резерв, шкалы оценки и программы когнитивной реабилитации.
«Лобный синдром» и «синдром дизэксплуатации»
В прошлом, изучая пациентов с префронтальными повреждениями, исследователи отмечали определенные нарушения в некоторых функциях, таких как инициация, последовательность, гибкость, мониторинг, суждение, планирование, принятие решений и трудности при необходимости решения новых задач. В то время это функциональное нарушение было названо «синдромом лобной доли», хотя у некоторых из этих пациентов лобные доли были неврологически интактными. Затем неспособность контролировать эти когнитивные функции стала известна как «синдром дизэксплуатации» (DS — Dysexecutive Syndrome). В этом смысле DS не обязательно связан с травмой лобной доли, а скорее с рядом недостатков в обработке, планировании, инициировании поведения, поддержании этого поведения, саморегуляции и самоконтроле.
Лобные функции
Существует как минимум четыре категории, относящиеся к лобным функциям, но не обязательно обусловленным травмами лобной доли: энергизация, исполнительные когнитивные функции, саморегуляция поведения/эмоций и мета-когнитивный процесс.
«Энергизация» (Energization) или возбуждение
Процесс необходимого тонуса для инициации и сохранении любого (определенного) режима реагирования в зарубежной литературе обозначают термином «еnergization».
Исполнительные когнитивные функции
Планирование, контроль за последовательностью действий при решении задач и регулировка поведения в ряде случаев обозначают, как исполнительные когнитивные функции.
Саморегуляция поведения/эмоций
Необходимые для решения сложных ситуаций, обусловленных внешними триггерами привычки и навыки когнитивного анализа позволяют человеку самостоятельно регулировать свои эмоциии и поведение.
Мета-когнитивный процесс
Интеграция когниций и эмоций, аспекты личности, социальные когниции, самосознание, адекватное восприятие юмора являются составляющими мета-когнитивного процесса.
Исполнительные функции в психиатрии
Дефицит «исполнительной власти» наблюдается при многих психических расстройствах, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), шизофрению и биполярное аффективное расстройство. При расстройствах настроения пациенты имеют когнитивные нарушения, связанные с лобными областями, демонстрируя снижение показателей вербальной памяти, когнитивной гибкости, совладания, метакогниции и саморегуляции, особенно по сравнению со здоровыми субъектами. Фактически, заболевание, требующее наибольшей когнитивной реабилитации — это шизофрения, где может иметь место значительная потеря объема мозга. Кроме того, больные шизофренией продемонстрировали значительное снижение социальных навыков, что увеличило потребность в когнитивной реабилитации и, в частности, восстановления полноценного исполнительного функционирования. Эти методы (когнитивная ремедиация) должны сочетать нейрокогнитивные и психосоциальные компоненты, результаты которых показали положительное влияние на функционирование этих людей в повседневной жизни.
Исполнительные функции в наркологии
Расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, также связаны с исполнительными нарушениями, такими как потеря когнитивной гибкости, сложность принятия решений и скорость обработки информации. Опять же, здесь мы имеем гипофронтальность структур и сетей мозга.
Исполнительные функции в неврологии
Нарушения исполнительного функционирования связано и с подкорковыми расстройствами, в частности, с болезнью Паркинсона, прогрессирующим надъядерным параличом, болезнью Хантингтона, синдромом Корсакова и деменцией, вызванной вдыханием органических растворителей.
Восстановление мозга
В этом смысле представляют интерес две концепции, получившие известность в дискуссиях нейропсихологов: резерв мозга и резерв познания. Когнитивный и «мозговой резерв» могут снизить риск неадекватного поведения, поскольку он связан со способностью мозга активно справляться с повреждениями посредством реализации когнитивных процессов.
Работа с «резервом мозга»
«Резерв мозга» обычно относится к его определенным характеристикам, которые могут различаться у разных людей, включая размер, нейрогенез, плотность нейронов и синаптические связи. Многочисленные исследования предоставляют доказательства того, что резерв мозга может быть «податливым», и предполагают, что регулярные когнитивные упражнения, в частности, могут значительно помочь больным той же шизофренией. Образование увеличивает рост синапсов у младенца или ребенка. Кроме того, влияние упражнений с виртуальной реальностью на больных с черепно-мозговой травмой показывает улучшении некоторых когнитивных показателей.
«Когнитивный резерв»
«Когнитивный резерв» относится к способности мозга справляться с проблемами, используя другие когнитивные ресурсы. Как следствие, два человека с одинаковой степенью структурного резерва мозга могут более или менее успешно адаптироваться к травме головного мозга, если у одного есть больший объем «когнитивного резерва», то есть большее разнообразие когнитивных процессов, которые нужно задействовать или использовать в качестве компенсации. Нейронную реализацию «когнитивного резерва» можно разделить на «нейронный резерв» и «нейронную компенсацию». Первый относится к дифференциальным эффективным схемам синаптической связи, в то время как «нейронная компенсация» относится к привлечению областей мозга, которые обычно не используются людьми без патологии мозга для компенсации его повреждения.
Хороший когнитивный резерв может помочь в восстановлении и компенсации травмы за счет как нейронного резерва, так и нервной компенсации. Это позволяет нам задуматься о последствиях повреждения мозга с точки зрения нейропластичности и когнитивной реабилитации.
Как только появляется вероятность того, что проблемы DS положительно связаны с некоторыми структурными повреждениями, у людей с мозговым резервом появляется что-то вроде «жира, который нужно сжигать», тогда как те, у кого есть когнитивный резерв, могут лучше справляться и находить разные способы решения проблемы. Подтверждая эти выводы, некоторые данные, полученные от людей с высоким уровнем активности, таких как творчество, чтение, посещение друзей, посещение фильмов и ресторанов, прогулки и выполнение физических и «умственных» упражнений, говорит о том, что эти люди имеют меньший риск развития деменции.
Другие исследования показали, что у пациентов, у которых в анамнезе была преморбидная болезнь мозга, наблюдалось более выраженное когнитивное снижение посттравматического характера. С другой стороны, как упоминалось ранее, психические расстройства способны повредить резерв мозга, как это видно при шизофрении, когда потеря серого вещества может достигать 3% от общего объема всего мозга, в частности 3,5% в лобной доле.
Оценка исполнительной функции
Чтобы выбрать лучшую терапевтическую программу для восстановления мозга допустим при шизофрении, необходима хорошая нейропсихологическая оценка, основанная на трех основных целях: измерение, диагностика и интерпретация каждого измерения. Нейропсихологические тесты должны индивидуально различать когнитивные компоненты (измерения), такие как планирование или самоконтроль раздельно, а затем указывать, где сконцентрированы ошибки (диагностика). Последняя часть оценки состоит в том, чтобы решить, на чем будет сосредоточена реабилитация (интерпретация).
Виртуальная реальность
Еще один метод нейропсихологической оценки, который явно расширился в последние годы, — это использование виртуальной реальности (VR), которая также использовалась для целей когнитивной реабилитации.
Трудности оценки исполнительных функций
Поставить нейропсихологический диагноз, когда человек не функционирует эффективно — из-за его импульсивности, неспособности планировать или неспособности поддерживать поставленные задачи — не всегда просто, когда дело доходит до самоотчета. Более того, на практике может быть сложно определить все аспекты, связанные с проблемами поведения, из-за плохой способности к самоотчету. Например: плохое внимание или определенный дефицит рабочей памяти часто являются первыми симптомами, которые привлекают наше внимание. Как следствие, самоконтроль человека ухудшается, и, следовательно, пациент не замечает проблемы по мере их возникновения.
Экологическая значимость нейропсихологических тестов
В этом смысле некоторые нейропсихологи обсуждают экологическую значимость разумного количества нейропсихологических тестов. Под «экологическим» можно понимать, насколько тест репрезентативен для жизни конкретного человека. Некоторые авторы предположили, что большинство тестов не иллюстрируют истинность клинических проявлений; вероятно, потому, что эти оценки происходят не в повседневной жизни, но в стандартных тестах (неэкологических) они наблюдаются отдельно. «Карта зоопарка» и «тест на выполнение нескольких поручений» являются двумя примерами, имеющими большую экологическую ценность. Здесь пациент должен одновременно решить несколько задач. Это требует способности планирования, а также хороших управленческих способностей для решения всех задач. Больной смешивает простые задачи, делая упражнение с двумя задачами, особенно с несколькими поручениями, из-за шаблонов ошибок. Эти тесты ближе к реальной ситуации, чем другие тесты, которые могут быть отличными тестами EF, но не к обычным формам поведения, которые мы привыкли реализовать каждый день. Тест на «поведенческую память» — еще один действительный экологический тест, используемый для оценки повседневных проблем с памятью, выявления умеренных и тяжелых нарушений, однако незначительные нарушения памяти могут остаться здесь незамеченными у ряда пациентов, набравших баллы в пределах нормы.
Импульсивность
Еще одним проявлением исполнительного дефицита может быть импульсивность: для некоторых болльных проблема заключается не столько в неспособности смотреть вперед или предвидеть последствия, сколько сложность торможения своих желаний или импульсов в ответ на изменения внешней ситуации.
Программы реабилитации
Современные программы реабилитации считают функциональную оценку наиболее показательной. Они анализируют поведение пациента в тех ситуациях, когда присутствует дефицит, и замечают точную стадию, на которой человек ломается. Сосредоточив внимание на постепенном увеличении автономии пациента мы получим, большее количество попаданий в цели, которые могут быть достигнуты посредством когнитивной реабилитации. Представляют особый интерес виртуальные программы когнитивной ремедиации. Было обнаружено, что технология виртуальной реальности является хорошим средством лечения и оценки в нескольких контекстах. VR использовался как способ повышения экологической достоверности тестов, поскольку в виртуальном мире можно моделировать широкий спектр возможностей и ситуаций. Вместо того, чтобы моделировать обычную деятельность, V-STORE моделирует магазин, где пациенты должны забрать продукты в супермаркете Virtual Action-Planning Supermarket, имитируя повседневное выполнение поручений.
Целью каждой программы реабилитации руководителей должно быть улучшение или обеспечение большей автономии людей в повседневных ситуациях, позволяя им решать проблемы (в пределах своих возможностей), а не застревать в порочном круге, в котором не используются исполнительные навыки.
В основном программы реабилитации при префронтальных нарушениях можно разделить на четыре направления (см. выше).
Рабочая память
В контексте предполагаемой памяти повторное обучение — это метод, при котором клиент выполняет определенное действие многократно с увеличивающимися промежутками времени между ними. Этот интервальный поиск — полезный и хорошо известный метод изучения информации. Пока это удается, мы можем укреплять ретроспективную память, чтобы обеспечить необходимую поддержку будущей памяти. Этот способ очень полезен для людей, страдающих болезнью Альцгеймера, для выполнения ежедневной задачи предполагаемой памяти на необходимые действия, отображаемой в календаре (Fish et al., 2009). Кроме того, он может оказывать поддержку исполнительному компоненту с использованием свободных путей или интегративных подходов, направленных на повышение осведомленности о трудностях и расширение использования компенсационных стратегий.
Супервизия внимания
С тех пор, как была создана модель супервизорной системы внимания (SAS), стало ясно, что повседневное функционирование представляет собой очень сложное и динамичное взаимодействие автоматического рутинного поведения и сознательно контролируемого действия.
Астроциты разрушают связи в головном мозге для поддержания нейропластичности
Ранее считалось, что фагоцитоз в мозге осуществляется только клетками микроглии
Исследователи из Кореи обнаружили механизм, лежащий в основе нейропластичности и, возможно, неврологических нарушений в мозге взрослых. Результаты научной работы представлены в журнале Nature.
Серое вещество в головном мозге содержит микроглию и астроциты, два вида клеток, необходимых для обеспечения жизнедеятельности нейронов. Микроглия отвечает за уничтожение патогенов и погибших клеток, а астроциты поддерживают гомеостаз, помогая контролировать передачу сигналов между нейронами. Ранее считалось, что микроглия уничтожает ненужные синапсы в процессе фагоцитоза, то есть «поедает» их.
Новое исследование поставило под сомнение, что микроглия является первичным фагоцитом для синапсов. Используя новые технологии, доктор Чанг и коллеги впервые продемонстрировали, что именно астроциты, а не микроглия, постоянно устраняют избыточные и ненужные возбуждающие синаптические связи в мозге взрослых.
Исследователи разработали молекулярный датчик для обнаружения фагоцитоза синапсов глиальными клетками и количественно оценили, как часто и по какому типу разрушаются эти синапсы. Они также использовали указанное устройство в эксперименте с участием мышей. Животные были лишены гена MEGF10, который позволяет астроцитам уничтожать синапсы. Взрослые особи с нарушением астроцитарного фагоцитоза имели патологическое увеличение численности возбуждающих синапсов в гиппокампе. Это отразилось на снижении способности к обучению и запоминанию у мышей с отсутствием MEGF10.
По предварительным данным, астроциты удаляют синапсы в каждой области мозга с разной скоростью. Исследователи планируют изучить влияние различных факторов на указанные процессы. Они предполагают, что регулирование астроцитарного фагоцитоза для восстановления синаптических связей может быть новой стратегией в лечении различных заболеваний мозга.
Нейроны и нейромедиаторы
Химические цепочки
Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).
Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.
Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств
Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Серотонин
Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.
В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с 
гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.
Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.
Дофамин
Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.
С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.
Гамма-аминомасляная кислота
Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.