в реализации каких функций принимает участие вентральная область покрышки

PsyAndNeuro.ru

Нейроанатомия речи: от Брока и Вернике к фонологии и семантике

В неврологический осмотр, необходимый для топической диагностики, традиционно входит оценка речи – отличный пример того, как практическая медицина (традиционно и не без успеха) опирается на упрощенные объяснения и временные гипотезы. Однозначные связи между функцией и анатомической областью – давно не актуальная концепция в нейронауке в целом. Но если в исследовании других неврологических функций локализационизм «работает», то к механизмам речи возникают вопросы не только у неврологов, но и у психиатров. Некоторые специалисты в области речи и языка категорично заявляют, что специфичных для речи областей в мозге нет, и речь «распределена», так же как «память» или «мышление». Помня об этом, попробуем обозначить некоторые тенденции в исследованиях нейроанатомии речи.

В настоящее время афазиология возлагает надежды на большие данные, в отличие от времен Брока и Вернике, когда научной общественности бывало достаточно и единственного клинического случая. Но такие крупные исследования технически сложны, а при проведении мета-анализов сохраняется проблема разных условий в каждом исследовании, что позволяет сопоставлять результаты лишь с определенными ограничениями. Кроме того, точность воксельного картирования зависит от возможностей используемой методики – например, магнитно-резонансной томографии. На данный момент общепринятая единица такого картирования – 1х1х1 мм или 3х3х3 мм, то есть, с одной стороны, локализационизм уже не рассуждает в терминах борозд и извилин, но с другой – это все еще большая группа нейронов, которые случайным образом попадают в один воксель. Что означает этот кубический миллиметр с учетом индивидуальных различий и изменений нашего мозга на протяжении жизни?

2. Перевод с языка лингвистики [1]

Речь пока недоступна исследованию в более сложных (и более интересных с точки зрения психиатрии) аспектах. Здесь нам недостает понимания, как отделить ее от прочих функций, и возможно ли это вообще, если она целиком пронизывает наш опыт. Вспоминается метафора Терренса Дикона, который писал, что речь колонизирует наш мозг, как паразит. При попытке оценить более простые функции мы сталкиваемся с другой проблемой: лингвистические термины, в которых описан язык, трудно перевести на язык биологических функций.

Например, на приведенной схеме по горизонтали перечислены аспекты, которые искусственно выделяют в речевой функции исследователи, а по вертикали – конкретные задания (или состояния дефицита в определенной сфере), которые позволяют исследовать эти аспекты. Предъявляя задания, авторы попытались учесть, что ни одно из них не позволяет исследовать какую-либо функцию в отрыве от других. «Понятные» объяснения, какую функцию демонстрирует нам то или иное задание (или феномен расстройства речи), больше не считаются достаточно точными, и в современных исследованиях используется метод «исходящий из данных» (data-driven approach), то есть полученные результаты группируются на основе статистических корреляций уже пост-фактум. Те нейробиологические данные относительно механизмов речи, которые мы имеем, даже в самых простых случаях касаются комплексных феноменов. Это всегда «много функций – много областей» и никогда «одна функция – одна область». Таким образом, даже современные теории, давно отказавшиеся от таких терминов, как «зона Брока» и «зона Вернике», остаются достаточно размытыми «рабочими гипотезами».

3. Модель двойного потока [2]

Характерно, что современную модель корковой организации речевосприятия первоначально предложили, основываясь не на исследованиях самой речи. Эта схема была впервые рассмотрена в отношении зрительного восприятия, доказана в эксперименте на обезьянах с использованием нейростимуляции, и лишь затем «адаптирована» в нейролингвистике. Выявили два пути обработки зрительной информации, которые условно обозначили как «что» и «как»: один из них был предназначен для собственно распознавания предмета, а другой – для обращения к моторным программам, необходимым для взаимодействия с этим предметом. С этой точки зрения можно посмотреть и на восприятие звуков речи: известные нам из более ранних исследований области и проводящие пути можно представить как два потока информации с разным предназначением. Так называемый «вентральный поток» вовлекает верхние и средние отделы теменной доли, он вовлечен в распознавание звуков речи и их последующую смысловую обработку. «Дорсальный поток» объединяет задние отделы лобной доли, задние отделы височной доли и теменную часть островка – с его помощью осуществляется взаимосвязь между воспринимаемыми звуками и нашей собственной артикуляторной системой. Такой взгляд позволяет несколько систематизировать наши разрозненные знания: значительную часть областей мозга, причастность которых к речи удалось выявить, возможно объединить во вполне понятную систему. Вполне органично сюда вписывается и классическая модель Вернике-Лихтгейма-Гешвинда: тот самый аркуатный пучок, который соединяет «зону Брока» и «зону Вернике» – одна из основных составляющих дорсального потока.

Интересная особенность этой модели – различение процессов восприятия и осмысления речи, то есть предполагается, что они не обязательно взаимосвязаны или один из них предшествует другому. В мозге любой процесс может протекать совершенно не так, как мы разбиваем его на стадии, чтобы упростить понимание.

Еще одно отличие от традиционной модели – пересмотр ранее существовавшего понятия о межполушарной асимметрии. Нейровизуализационные исследования, в том числе на пациентах прошедших Вада-тест или операцию каллозотомии, показали, что полушария выполняют разные, но равно необходимые функции относительно восприятия и воспроизводства речи. Особенно это касается восприятия: было показано, что оба полушария по отдельности способны обеспечить достаточный уровень осмысления информации.

4. «Фонологические» и «семантические» зоны?

Для современного исследователя очевидно, что описывать патологию речи в терминах современного неврологического осмотра (понимает ли и может ли говорить) – слишком поверхностный подход, не позволяющий сделать и шага в выявлении нейрофизиологических механизмов. Описание по «лингвистическому принципу» (относится ли патология к фонологической или семантической сфере) является, по всей видимости, также достаточно поверхностным, хотя и более точным, чем раньше. Возможно, из-за технических ограничений, но исследования на сегодняшний день пока не выявили «этапности» в обработке информации (например, сначала звуки, потом – смысл). По всей видимости, обработка данных каждого «уровня» происходит одновременно, параллельно, но при этом данные разных «уровней» взаимодействуют между собой.

Тем не менее, именно в этой парадигме проводятся многие современные исследования.

Следующую схему предлагает Грегори Хикок, один из самых влиятельных исследователей в современной нейролингвистике [1]

На рисунке а) схематично изображена модель двойного потока с некоторыми функциональными и анатомическими дополнениями, а также отражена степень латерализации функций, о которых идет речь. В синий и розовый окрашены, соответственно, элементы дорсального и вентрального потока. Под b) — наглядное отражение вовлеченных областей левого и правого полушария, а также связей между ними.

-В зеленый окрашена дорсальная поверхность верхней височной извилины (STG), где предположительно происходит анализ спектральных и временных характеристик звуков речи.

–Желтым отмечена область вокруг верхней височной борозды (STS), которая задействована в процессах обработки информации на фонологическом уровне.

–Розовым выделены области, имеющие отношение к вентральному потоку; видим, что они представлены как в левом, так и в правом полушарии, хотя и не вполне равномерно. Среди этих областей, те, что находятся в задних отделах (задние отделы средней височной извилины, нижние отделы височных долей), предположительно связаны с обработкой информации на лексическом уровне. Области, расположенные в передних отделах, возможно, имеют отношение к более сложным уровням организации лексического материала — например, синтаксическому.

–Синим обозначены элементы дорсального потока, который, по имеющимся данным, действительно строго латерализован. Задние отделы дорсального потока представлены областью Spt — небольшим участком на границе височной и теменной долей, в сильвиевой борозде. Предполагается, что он играет ключевую роль в сенсомоторной интеграции. Передние отделы во многом совпадают с традиционно обозначаемой «зоной Брока» и являются непосредственным центром артикуляции.

Несколько иначе выглядят результаты посимптомного картирования с опорой на статистические методы в объединении зон со схожей функцией [2].

1) Относительно фонологических аспектов как восприятия, так и воспроизведения речи получены данные, подтверждающие модель двойного потока. Области, связанные с распознаванием звуков речи — верхние отделы височной доли — традиционно относятся к вентральному потоку, они обозначены светло-зеленым. Зоны, вовлеченные в воспроизведение звуков речи, а именно нижние отделы теменной и лобной доли, считаются частью дорсального потока — они обозначены темно-зеленым. Как при выполнении любых моторных программ, между сенсорным и моторным отделами существует обратная связь — в этом исследовании было показано, что она осуществляется за счет активности областей, окружающих верхнюю височную борозду, куда входят извилина Гешля и височная площадка (в составе последней находится область Spt).

2) Современный взгляд на семантическую составляющую речи предполагает, что концептуальное знание об объектах и значении слов не сконцентрировано в некой отдельной области. Память о визуальных и звуковых характеристиках объекта, связанных с ним эмоциях, возможных моторных программах (в том числе, возможно, программах артикуляции) распределена по зонам соответствующих модальностей. Но слово способно найти путь ко всем этим разрозненным данным в один момент, стоит нам услышать соответствующее слово — как же вентральный поток находит этот путь? Существует гипотеза, что, хотя не существует зон, где «хранилась» бы память обо всех характеристиках сразу, существуют зоны «интеграции», которые в иностранной литературе называют «узловыми» (hubs) — и они имеют непосредственное отношение к семантической составляющей речи. Анатомически они представлены передними отделами и полюсом височной доли (сюда входят средние и передние отделы верхней и средней височной извилин) — Хикок полагает, что эти области задействованы в анализе более сложных речевых структур, например, предложений и текстов. Но «исходящий из данных» метод вообще не выделил такой составляющей речи, как синтаксический анализ – области мозга, где хранились бы грамматические правила (и на которую, по всей видимости, рассчитывал Ноам Хомский) статистика не обнаружила. Также она не обнаружила «ментального лексикона» – локализованного где-либо в мозге «словарного запаса». Области, отнесенные к семантической подсистеме, выделены на рисунке желтым цветом.

3) Еще одная подсистема, выделенная в ходе анализа касается вербальной беглости (fluency) — способности воспроизводить быстро воспроизводить связную речь. С точки зрения нейрофизиологии к этой подсистеме были отнесены составление моторных программ для артикуляционных движений, рабочая память, а способность видоизменять лексические единицы к грамматическим правилам — в таком виде сохранилась «синтаксическая» составляющая нейрофизиологии языка. В исследовании нарушения в этой системы были соотнесены с повреждениями островка, нижних лобны и прецентральных отделов, а также дорсолатеральной префронтальной коры — на рисунке они показаны красным.

4) В последнюю подсистему вошли так называемые исполнительные функции (executive functions) — неспецифичные, однако необходимые для реализации речевой функции: когнитивные функции, планирование и контроль действий, внимание. На схеме они не отражены, так как наравне с речевой функцией в целом являются сложносоставными и мало исследованными с точки зрения анатомии функциями. В пример анатомической области, задействованной в этой подсистеме, можно вновь привести дорсолатеральную префронтальную кору.

Кроме описанных данных, в основном посвященных роли коры, в исследованиях нейроанатомии речи приобретают важность еще два направления: изучение проводящих путей и роли подкорковых структур — оба они заслуживают отдельного обсуждения.

Автор текста: Шишковская Т.И.

Источник

В реализации каких функций принимает участие вентральная область покрышки

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

ФГБУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» Северо-Западного отделения РАМН, Санкт-Петербург; ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

Признаки ангедонии и деструктивные изменения в вентральной области покрышки среднего мозга в модели доклинической стадии болезни Паркинсона в эксперименте

Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2018;118(9): 61-67

Екимова И. В., Газизова А. Р., Карпенко М. Н., Плаксина Д. В. Признаки ангедонии и деструктивные изменения в вентральной области покрышки среднего мозга в модели доклинической стадии болезни Паркинсона в эксперименте. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2018;118(9):61-67.
Ekimova I V, Gazizova A R, Karpenko M N, Plaksina D V. Signs of anhedonia and destructive changes in the ventral tegmental area of the midbrain in the model of the preclinical Parkinson’s disease stage in experiment. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2018;118(9):61-67.
https://doi.org/10.17116/jnevro201811809161

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

Цель исследования. Оценка поведенческих признаков ангедонии и деструктивных изменений в вентральной области покрышки среднего мозга в модели доклинической стадии болезни Паркинсона (БП) у крыс, индуцированной интраназальным введением лактацистина (ЛЦ). Материал и методы. Исследование выполнено на 19 взрослых самцах крыс популяции Вистар в возрасте 7—8 мес и массой тела 340—360 г. Для моделирования доклинической стадии БП у крыс применен интраназальный способ введения специфического ингибитора ферментативной активности протеасом ЛЦ. Результаты и заключение. Впервые обнаружены признаки депрессии в виде симптома ангедонии, который сочетался с гибелью около / дофамин(ДА)ергических нейронов в вентральной области покрышки среднего мозга и их аксонов в вентральном стриатуме, снижением концентрации ДА в вентральном стриатуме на 40% и уровня тирозингидроксилазы в выживших нейронах. Появление признаков депрессии может быть ранним маркером БП, сигнализирующим о начавшейся нейродегенерации в мезолимбической системе головного мозга и нарастающем функциональном дефиците ДАергической трансмиссии в вентральном стриатуме. Полученные факты могут найти применение в разработке технологии доклинической диагностики БП и патогенетической терапии.

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

ФГБУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» Северо-Западного отделения РАМН, Санкт-Петербург; ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН, Санкт-Петербург, Россия

Болезнь Паркинсона (БП) — мультисистемное хроническое прогрессирующее нейродегенеративнoe заболевание, ведущим симптомом которого является наличие в клинической стадии типичных моторных нарушений (гипокинезия, мышечная ригидность, тремор покоя), связанных с дегенерацией дофамин (ДА)ергических нейронов в черной субстанции. В то же время составной частью фенотипа БП является широкий спектр немоторных симптомов (нервно-психических, вегетативных, сенсорных), которые могут опережать на несколько лет и более моторные проявления заболевания [1—3]. Это связано с развитием нейродегенеративного процесса не только в черной субстанции, но и других отделах головного мозга и периферической нервной системы. Причем на доклинической стадии БП патологические изменения в экстранигральных структурах происходят гораздо раньше, чем в черной субстанции [4]. Современные методы лечения больных БП могут смягчить симптомы заболевания, но не способны замедлить неизбежного прогрессирования нейродегенерации. Успех в лечении при БП связывается с разработкой технологии ранней доклинической диагностики БП, что позволит вовремя начать нейропротективную терапию, нацеленную на предупреждение или замедление дегенерации нейронов головного мозга [2, 5, 6].

Одним из наиболее значимых нейропсихических симптомов клинической стадии БП является депрессия, которая встречается в среднем у 40% больных БП [7]. Среди характерных симптомов депрессии при БП отмечены ангедония (потеря чувства удовольствия и стремления к получению удовольствия), апатия, повышенная тревожность, снижение работоспособности [8—10]. При этом обобщающим симптомом депрессии у пациентов с БП является ангедония, которая выявляется в среднем в 45,7% случаев клинической стадии БП и может коррелировать с другими признаками депрессии [3]. Патогенез ангедонии при БП до сих пор не ясен. Предполагается, что ее развитие может быть связано с дегенерацией вентральной области покрышки среднего мозга, приводящей к дисфункции ДАергической мезолимбической системы [8, 11, 12].

Возникновение симптомов депрессии у отдельных пациентов с БП может предшествовать моторным проявлениям БП; больные с депрессивным расстройством имеют примерно в 2 раза больший, чем группа контроля, риск развития БП в течение последующих 4—6 лет [10, 13]. Поэтому неврологи предлагают использовать депрессию в качестве предиктора возможного развития Б.П. Клиническая значимость депрессии как диагностического маркера доклинической стадии БП пока не признана, поскольку технология доклинической диагностики БП еще не разработана. Решению этой актуальной проблемы может способствовать проведение исследований на экспериментальных моделях доклинической стадии БП у животных.

Снижение способности нейронов регулировать собственную систему протеома (уровень и качество белков) вследствие ослабления активности убиквитин-протеасомной системы деградации белков является одним из ключевых молекулярных механизмов патогенеза БП [6, 14]. Недавно на основе этого механизма с помощью интраназальной доставки в мозг ингибитора протеасом лактацистина (ЛЦ) создана новая модель доклинической стадии БП у крыс. Модель воспроизводит основные патоморфологические признаки доклинической стадии БП, симптомы нарушения сна и когнитивных функций [15—19]. Однако в этой модели изучение поведенческих симптомов депрессии не проводилось.

Цель данного исследования — оценка наличия поведенческих признаков ангедонии и деструктивных изменений в вентральной области покрышки среднего мозга в модели доклинической стадии БП у крыс, индуцированной интраназальным введением ЛЦ.

Материал и методы

Исследование выполнено на 19 взрослых самцах крыс популяции Вистар в возрасте 7—8 мес и массой тела 340—360 г. Манипуляции с животными проводили с соблюдением биоэтических правил, предъявляемых этической комиссией ИЭФБ РАН.

Для моделирования доклинической стадии БП у крыс применен интраназальный способ введения специфического ингибитора ферментативной активности протеасом ЛЦ («Enzo Life Sciences», США), который растворяли в апирогенном фосфатном буфере (рН 7,4). ЛЦ вводили крысам (n=11) с помощью дозирующего устройства в дозе 100 мкг/10 мкл в каждую ноздрю дважды с недельным интервалом: кумулятивная доза на одну крысу составила 400 мкг. Контрольной группе животных (n=8) вводили эквивалентный объем растворителя Л.Ц. Препараты вводили со скоростью 3 мкл/мин.

Для выявления симптома ангедонии применен тест на предпочтение сахарозы, который проводили через 21 день после первого введения ЛЦ по стандартной методике [20] в модификации. Для этого контрольных и экспериментальных крыс рассаживали в индивидуальные клетки и в течение 24 ч предоставляли свободный доступ к двум идентичным шариковым поилкам (250 мл), одна из которых содержала питьевую воду, вторая — 20% раствор сахарозы в питьевой воде. Перед тестированием и после его окончания поилки с жидкостью взвешивали. Предпочтение сахарозы определяли как отношение массы потребленного раствора сахарозы к суммарной массе потребленной жидкости по формуле:

где m_сах — масса выпитого раствора сахарозы; m_воды — масса выпитой воды.

Для каждой крысы определяли базальный уровень предпочтения сахарозы за 2 дня до начала эксперимента. Правое/левое положение поилок с сахарозой и водой регулярно меняли.

После окончания теста животных декапитировали, извлекали головной мозг, разрезали его по среднесагиттальной плоскости. Правую половину головного мозга использовали для иммуногистохимических исследований, левую — для определения содержания моноаминов.

Для подсчета количества тел ДАергических нейронов в вентральной области (ВО) покрышки и их аксонов в вентральном стриатуме и определения содержания тирозингидроксилазы (ТГ) в нейронах применяли биотин-стрептавидиновый метод, описанный ранее [21]. С помощью криостата Leica (Германия) готовили чередующиеся серии фронтальных срезов головного мозга, содержащие вентральную область покрышки (от Bregma –5,20 мм до Bregma –6,04 мм) и вентральный стриатум (от Bregma –0,20 мм до Bregma –1,30 мм), в соответствии с атласом головного мозга крысы [22]. Толщина срезов составляла 10 мкм. В работе использовали первичные кроличьи поликлональные антитела против ТГ (1:800) («Abcam», Великобритания) и вторичные биотинилированные антитела против иммуноглобулинов кролика (1:300) («Vector Lab.», США).

Для идентификации общего количества тел нейронов в вентральной области покрышки среднего мозга в работе использовали традиционный нейрогистологический метод окрашивания нервной ткани по Нисслю [23] с применением красителя толуидиновый синий («Sigma», США). При окраске препаратов толуидиновым синим выявляются нейроны разных фенотипов с ядерными структурами.

Количественный анализ тел ДАергических нейронов в вентральной области покрышки и их аксонов в вентральном стриатуме проводили путем подсчета на фронтальных срезах числа нейронов и аксонов, иммунореактивных к тирозингидроксилазе. Изображения изучаемых структур мозга крыс получали с помощью микроскопа Karl Zeiss (Германия) cо встроенной видеокамерой и программного обеспечения для захвата изображения. С помощью программы PhotoM (Черниговский, http: t-lambda.chart.ru) проводили подсчет количества тел нейронов в вентральной области покрышки. Для каждого животного анализировали по 15 микрофотографий. Для количественного анализа терминалей ДАергических аксонов в вентральном стриатуме использовали программу ImageJ (NIH, США). По каждому животному сделано 15 микрофотографий для каждой из четырех условно-выделенных областей вентрального стриатума. Для анализа содержания ТГ в телах ДАергических нейронов выбирали каждый 7-й срез вентральной области покрышки от каждого животного. Оптическую плотность ТГ оценивали с помощью компьютерной программы как интенсивность серого цвета при прохождении волны света длиной 650 нм. Результат оценки оптической плотности представлял собой разницу между интенсивно окрашенными нейронами, содержащими иммунореактивное вещество, и интенсивностью окраски фона (не содержащего иммунореактивного вещества) на том же срезе.

Содержание дофамина в гомогенате клеток вентрального стриатума головного мозга крыс определяли общепринятым методом жидкостной хроматографии высокого разрешения с электрохимической детекцией на хроматографе LC-20 Shimadzu (Япония) с использованием обращенно-фазовой колонки (длина алкильной цепи C18). Концентрацию дофамина определяли с помощью метода внешнего стандарта при потенциале +0,70 В и выражали в пикограммах на 1 мг белка. Состав подвижной фазы: 75 мМ фосфатный буфер, содержащий 2 мМ лимонной кислоты (pH 4,6), 0,1 мМ октансульфоновой кислоты и 15% ацетонитрила (V/V). Скорость элюции подвижной фазы составляла 0,8 мл/мин.

Для анализа гисто- и нейрохимических показателей применяли критерий t Стьюдента для двух независимых выборок с неравными дисперсиями. При статистической обработке поведенческих показателей использовали критерий Краскела—Уоллиса с последующим применением непараметрического варианта post-hoc критерия Ньюмана—Кейлса. Различия считали статистически значимыми при p Рис. 1. Изменение предпочтения раствора сахарозы крысами в экспериментальной модели доклинической стадии БП, созданной на основе интраназального введения ЛЦ. Здесь и на рис. 2, 3: данные представлены как среднее арифметическое ± ошибка среднего. * — достоверные отличия от контроля (p При этом у 55% модельных животных такой реакции не наблюдалось; показатели предпочтения сахарозы были сходны с контролем. Изменений в массе тела у животных, получавших ЛЦ, по сравнению с контролем не обнаружено.

Для того чтобы выяснить, связано ли развитие ангедонии с деструктивными изменениями в вентральной области покрышки среднего мозга, выполнен анализ патоморфологических признаков нейродегенерации у всей группы животных, получавших ЛЦ (рис. 2). Рис. 2. Изменение количества ДА-нейронов в ВО покрышки среднего мозга и их аксонов в вентральном стриатуме в экспериментальной модели доклинической стадии БП у крыс. В верхнем ряду — микрофотографии ВО покрышки (а) и вентрального стриатума (б) с иммунореактивными к ТГ нейронами и волокнами в контрольных условиях и через 21 день после интраназального введения ЛЦ, масштаб для микрофотографий (а) 100 мкм, (б) — 20 мкм; в нижнем ряду на графиках по оси ординат — количество ДА-нейронов в ВО покрышки (в), их аксонов в вентральном стриатуме (д) и количество нейронов в ВО покрышки любого фенотипа в контрольных условиях и при интраназальном введении ЛЦ. * — достоверные отличия от контроля (p Проведенный анализ выявил уменьшение количества ДАергических нейронов в вентральной области покрышки на 23% (p≤0,05) на 21-й день после введения ЛЦ по сравнению с контрольными животными (см. рис. 2, а, в). Известно, что в вентральной области покрышки среднего мозга представлены клетки, экспрессирующие дофамин, ГАМК и глутамат: 1) ДАергические нейроны составляют 55% от общего числа нейронов, 2) ГАМК- и глутаматергические нейроны — 45% [24]. При подсчете количества тел нейронов вне зависимости от их фенотипа в вентральной области покрышки среднего мозга с помощью метода Ниссля обнаружены сходные результаты: общее число нейронов уменьшилось на 25% (p≤0,05; см. рис. 2, г) у модельных животных по сравнению с контролем. Следовательно, в вентральной области покрышки погибают преимущественно ДАергические нейроны при моделировании доклинической стадии БП у крыс. При этом гибель ДАергических нейронов в вентральной области покрышки была сопряжена с гибелью их аксонов, на что указывало уменьшение на 28% (p≤0,05) количества ДАергических терминалей в вентральном стриатуме по сравнению с контролем (см. рис. 2, б, д).

При оценке функционального состояния вентральной области покрышки среднего мозга при моделировании доклинической стадии БП важным представлялось исследовать содержание ДА в вентральном стриатуме и процессы, связанные с компенсацией уровня ДА, вследствие гибели ДАергических нейронов в этой области мозга. Согласно полученным данным содержание ДА снизилось на 40% (p≤0,05) на 21-й день после первого введения ЛЦ по сравнению с контролем (рис. 3, а). Рис. 3. Изменение содержания ДА в вентральном стриатуме и уровня ТГ в ДАергических нейронах вентральной области покрышки среднего мозга в экспериментальной модели доклинической стадии БП у крыс. По оси ординат — содержание ДА в вентральном стриатуме (а) и ТГ (б) в ВО покрышки в контрольных условиях и через 21 день после интраназального введения ЛЦ. * — достоверные отличия от контроля (p При этом отмечалось и снижение содержания скорость-лимитирующего фермента синтеза дофамина ТГ на 30% (p≤0,05; рис. 3, б) в выживших нейронах вентральной области покрышки у модельных животных по сравнению с контрольной группой.

При проведении сравнительного анализа патоморфологических и нейрохимических характеристик группы крыс с ангедонией и группы крыс без ангедонии в модели доклинической стадии БП у крыс не выявлено статистически значимых различий между этими группами по уровню нейродегенерации ДАергических нейронов в вентральной области покрышки и их аксонов в стриатуме, по уровню ДА в вентральном стриатуме и уровне ТГ в выживших нейронах.

Обсуждение

Исследование выполнено на валидной модели доклинической стадии БП у крыс, недавно созданной в лаборатории с помощью интраназального введения ингибитора протеасом Л.Ц. Ингибирующее влияние ЛЦ (через β-лактон) является высокоспецифичным для протеасомы и приводит к накоплению в клетке мутантных и агрегированных форм белков, в том числе белка α-синуклеина, вызывающего гибель нейронов при БП [6, 14]. Важно отметить, что дисфункция протеасомы 26/20S в компактной части черной субстанции головного мозга является характерным патогенетическим признаком наследственной и спорадической форм БП [14, 25]. Созданная модель ингибирования протеасом головного мозга с большой надежностью воспроизводит ключевые патоморфологические признаки доклинической стадии БП: допороговый уровень нейродегенерации по сравнению с уровнем клинической стадии (60—70%) в нигростриарной системе и экстранигральных структурах (голубое пятно, обонятельные луковицы), снижение концентрации стриарного ДА, не превышающее пороговых значений, образование телец Леви и развитие нейровоспаления [16, 17, 19]. Показано, что подобно БП, деструктивные изменения в нигростриарной и экстранигральной системах в модели доклинической стадии БП у крыс сочетались с немоторными симптомами в виде нарушений сна с повышенным уровнем тревожности [17, 18] и когнитивных функций [15].

Универсальным симптомом депрессии у пациентов с БП является ангедония. В нашем исследовании, чтобы выявить признаки ангедонии в модели доклинической стадии БП у крыс, мы применили тест на предпочтение сахарозы, позволяющий оценить заинтересованность животного в поиске и получении удовольствия и вознаграждения. При анализе данных выяснено, что у 45% животных в модели доклинической стадии БП желание получать удовольствие от подслащенной сахарозой воды оказалось менее выраженным, чем в контрольной группе: последние предпочитали подслащенную воду чаще, чем апатичные. При этом у 55% модельных животных такой реакции не наблюдалось, они оставались гедонистами, предпочитая пить подслащенную воду так же охотно, как и нормальные крысы в контрольной группе. Таким образом, мы впервые показали, что модель доклинической стадии БП воссоздает у 45% животных ключевой депрессивный симптом — ангедонию. Важно отметить, что проявление ангедонии не являлось самостоятельным симптомом и было сопряжено с высоким уровнем тревожности у крыс в этой же модели доклинической стадии БП [18]. Следовательно, ангедония и повышенная тревожность составляют структуру депрессии в модели доклинической стадии БП у крыс и могут являться ранними немоторными маркерами БП. В литературе также накапливаются данные, что у некоторых пациентов депрессия является основным начальным симптомом БП и может появляться на несколько лет раньше проявления клинической картины двигательных нарушений [10, 13].

Поскольку ДАергический мезолимбический путь, связывающий вентральную область покрышки среднего мозга с прилежащим ядром (nucleus accumbens) вентрального стриатума, играет ключевую роль в механизмах формирования удовольствия и вознаграждения у грызунов и человека [26], важным представлялось исследовать его функциональное состояние в модели доклинической стадии БП у крыс. При сопоставлении полученных данных по поведению с данными патоморфологии и нейрохимии выяснено, что появление признаков ангедонии у модельных животных может быть связано с гибелью около 1/3 ДАергических нейронов в вентральной области покрышки и их аксонов в вентральном стриатуме, снижением концентрации ДА в вентральном стриатуме (в пределах 40%) и уровня ТГ в выживших нейронах. Можно полагать, что патофизиологической основой появления ранних симптомов ангедонии при моделировании доклинической стадии БП у крыс является функциональный дефицит ДАергической трансмиссии в вентральном стриатуме, угнетающий потенциацию нейронов в ДАергическом «центре удовольствия и вознаграждения». Данные нейропатологических исследований и функциональных методов нейровизуализации при обследовании пациентов с БП также указывают, что нейродегенеративные процессы в мезолимбической системе могут влиять на механизмы ДАергического удовольствия и вознаграждения [11, 27, 28]. Кроме того, положительное влияние агонистов дофаминовых рецепторов (прамипексол) на депрессию и ангедонию у пациентов с ранней клинической стадией БП подтверждает роль ДАергических механизмов в патогенезе эмоциональных расстройств [2, 8, 9].

Принимая во внимание, что деструктивные изменения в ДАергической мезолимбической системе были сходными в двух группах крыс с ангедонией и без ангедонии в модели доклинической стадии БП, можно полагать, что развитие ангедонии связано с перестройкой в работе не только ДАергической, но и других сигнальных систем мозга, отрицательно модулирующих активность зависимых от ДА путей в «центре удовольствия и вознаграждения». В последние годы накапливаются данные о важной роли гипоталамической меланокортиновой системы в модуляции ДАергической передачи в прилежащем ядре [29, 30]. Меланокортиновые рецепторы МК₃Р и МК₄Р обнаружены в гипоталамической и лимбических структурах головного мозга, включая вентральную область покрышки среднего мозга и вентральный стриатум. Показано, что введение агониста меланокортинового рецептора МК₄Р в вентральный стриатум приводит к снижению предпочтения раствора сахарозы у животных, тогда как инъекции агониста меланокортинового рецептора МК₃Р в вентральной области покрышки, наоборот, стимулирует мотивацию к потреблению сахарозы [31, 32]. Исследовательской группой из Медицинской школы Стэндфордского университета (Пало-Альто, США) экспериментально доказано, что развитие ангедонии при хроническом стрессе у мышей обусловлено уменьшением чувствительности дофаминовых (D1) рецепторов в прилежащем ядре из-за активации рецепторов МК₄Р [30]. Не исключено, что подобный механизм формирования ангедонии как одного из главных симптомов депрессивного расстройства характерен для ранней стадии БП.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что появление признаков депрессии в виде симптома ангедонии может быть ранним немоторным маркером БП, сигнализирующим о начавшейся нейродегенерации в мезолимбической системе головного мозга и нарастающем функциональном дефиците ДАергической трансмиссии в вентральном стриатуме. Полученные факты могут найти применение в разработке технологии доклинической диагностики БП и патогенетической терапии.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (проект № 16−15−00278).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Источник