1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология человека
  4. T. 46, № 6, 2020

Физиология человека, 2020, T. 46, № 6, стр. 50-59

Структурные особенности таламо-кортикальной системы и спектральные характеристики альфа-ритма у психически здоровых людей и больных шизофренией

В. О. Манюхина 1, *, А. С. Томышев 1, В. Г. Каледа 1, И. С. Лебедева 1

1 ФГБНУ Научный центр психического здоровья
Москвa, Россия

* E-mail: mvo96@inbox.ru

Поступила в редакцию 27.11.2019
После доработки 23.03.2020
Принята к публикации 19.05.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Известные данные об анатомо-морфологических аномалиях таламо-кортикальной системы (ТКС) и нарушениях ее функционирования при шизофрении неполны и противоречивы. Для исследования данной системы были обследованы группы из 23 мужчин с юношеской приступообразной шизофренией и 30 подобранных по возрасту психически здоровых мужчин с применением структурной (сМРТ), диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (ДВ-МРТ) и ЭЭГ. По сравнению с контролем, у больных выявлены структурные аномалии (в передней (ПТЛ) и задней (ЗТЛ) таламических лучистостях, ряде теменно-затылочных областей коры, таламусе) и снижение спектральной мощности (СМ) α-ритма в поддиапазоне 11–12.5 Гц. Толщина серого вещества в медиальной части префронтальной коры обратно коррелировала c отклонениями структурных показателей в таламусе и ПТЛ (все в правом полушарии). Полученные результаты подтверждают наличие распределенных структурных аномалий ТКС на начальных этапах шизофрении.

Ключевые слова: магнитно-резонансная томография, ЭЭГ, диффузионно-тензорная визуализация, таламо-кортикальная система, шизофрения, α-ритм.

Шизофрения является одним из наиболее распространенных хронических психических заболеваний, патогенез которого остается до конца не известным. Одной из распространенных гипотез является предположение о нарушениях функциональной интеграции и взаимосвязей распределенных мозговых сетей [1], к числу важнейших из которых относится таламо-кортикальная система (ТКС) головного мозга.

Важная роль ТКС в патогенезе шизофрении основывается на представлении о роли таламуса как релейной структуры, которая принимает участие в передаче и обработке информации между корой больших полушарий и подкорковыми структурами [2], а также в обеспечении кортико-кортикальных взаимодействий [3]. Особое значение для реализации когнитивных функций, таких как обучение, принятие решений, зрительное восприятие, имеет ассоциативная часть ТКС [4, 5]. Ее компонентами являются медиодорсальные ядра и ядра подушки таламуса, связанные с ними префронтальные, цингулярные и задние теменные области ассоциативной коры, а также два основных тракта, посредством которых обеспечивается это взаимодействие – передняя (ПТЛ) и задняя (ЗТЛ) таламические лучистости. Методами нейровизуализации у больных шизофренией ранее были выявлены выраженные изменения в ассоциативной части ТКС: изменения микроструктурных показателей ПТЛ и ЗТЛ [6–11], толщины ряда областей коры больших полушарий [7, 9–11], средней диффузии (СД) и объема таламуса [9, 12].

Для некоторых из описанных структурных нарушений ассоциативной части ТКС были обнаружены корреляции с измененными показателями функциональной активности мозга пациентов (например, с α-ритмом [13, 14]), что свидетельствует о важной роли структурной дезорганизации в функциональных проявлениях и о возможной роли этих областей как одних из генераторов данного ритма.

В целом, работы, в которых одновременно исследуются структурные показатели ТKС и электрофизиологические характеристики мозга человека, немногочисленны, а мультимодальные МРТ-исследования представлены лишь несколькими публикациями [15, 16].

Как следствие, целью данного исследования стало выявление структурных особенностей ТКС и анализ их корреляций с характеристиками α-ритма у здоровых людей и пациентов с шизофренией.

Основываясь на предыдущих исследованиях лаборатории и работах других авторов [6–10], мы предположили, что в данной работе будет выявлена структурная патология в первую очередь в ПТЛ и префронтальных областях коры. Задачами исследования было выявление межгрупповых различий по исследованным показателям ассоциативной части ТКС: коры (толщина), таламо-кортикальных трактов (ПТЛ и ЗТЛ: фракционная анизотропия (ФА), аксиальная диффузия (АД), радиальная диффузия (РД)), таламуса (объем, СД) и ЭЭГ (спектральная мощность (СМ) отдельных поддиапазонов α-ритма), а также анализ корреляций между теми показателями, которые были выявлены по результатам межгрупповых сравнений.

МЕТОДИКА

В исследовании принимали участие 23 праворуких пациента мужского пола (в возрасте 16.4–28.8 лет, 22.9 ± 3.4 года), госпитализированных в клинику ФГБНУ Научный центр психического здоровья (г. Москвa) на раннем этапе развития эндогенного заболевания (не более 5-ти лет с момента манифестации) с диагнозом юношеской приступообразной шизофрении (F20 по МКБ-10), перенесшие первый или повторный манифестные состояния в рамках указанной нозологии. Обследование проводили на этапе становления ремиссии или в ремиссии. Выраженность психопатологических расстройств оценивали по шкале PANSS (суммарная оценка позитивных симптомов составляла 11.1 ± 2.7, негативных симптомов: 19.1 ± 5.1, суммарный балл по всей шкале – 60.5 ± ± 11.8). Все больные получали индивидуально подобранную медикаментозную терапию. Группу контроля составили 30 подобранных по полу и возрасту здоровых добровольцев правшей (в возрасте 17.7–27 лет, 22.2 ± 2.7 года; межгрупповые различия по возрасту отсутствовали, t = 0.75, p = 0.46).

Критериями исключения при отборе испытуемых были соматические заболевания в состоянии обострения, наркотическая или алкогольная зависимость, тяжелые нейроинфекционные заболевания или черепно-мозговые травмы с потерей сознания более 5 мин в анамнезе, леворукость.

Регистрация фоновой ЭЭГ. Регистрацию фоновой ЭЭГ проводили на аппаратно-программном комплексе топографического картирования биопотенциалов мозга (NeuroKM, НМФ “Статокин”, Россия), обработку осуществляли с помощью программы Brainsys (“Нейрометрикс”, Россия). Биоэлектрическую активность регистрировали в 16 отведениях (система 10–20), с референтным объединенным ушным электродом. Полоса пропускания составляла 0.3–70 Гц (с последующей off-line фильтрацией 1.6–30 Гц), частота оцифровки 500 Гц. Регистрацию осуществляли в течение двух минут, участники находились в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами. В связи с поисковым характером нашего исследования, а также данными литературы о поликомпонентной структуре α-ритма с неоднозначностью частотных границ поддиапазонов (обсуждение, например, в [17, 18]), анализируемый диапазон был разделен на три субкомпонента с равными интервалами величиной 1.5 Гц (8–9.5 Гц (α1), 9.5–11 Гц (α2), 11–12.5 Гц (α3)). Анализ спектральной мощности α-ритма (8–13 Гц), а также выделенных субдиапазонов, проводили отдельно для 16 отведений, а также для 6 показателей, усредненных на основе анатомической локализации следующим образом: F3–F4, T3–F7–T5, T4–F8–T6, C3–Cz–C4, P3–Pz–P4, O1–O2.

Нейровизуализационное исследование. Исследование проводили на МР томографе Achieva 3.0 Тесла (Philips, Голландия) в отделении лучевой диагностики НИИ неотложной детской хирургии и травматологии (зав. отделением д.м.н., профессор Т.А. Ахадов).

Структурная МРТ. Для T1-взвешенного сканирования использовалась последовательность турбо-полевого эхо со следующими параметрами: TR 8.2, TE 3.7 мс, угол поворота 8 град (средний), поле обзора (FOV) 240 мм, размер воксела 0.83 × 0.83 с толщиной среза в 1.0 мм.

Т1-взвешенные изображения были обработаны в пакете FreeSurfer (версия 5.3.0, http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/) для получения детальных анатомических реконструкций каждого испытуемого. Использованные алгоритмы FreeSurfer включали, в том числе, устранение интенсивности поля подмагничивания, удаление немозговой ткани из изображений, присваивание анатомических меток (например, таламус, гиппокамп, желудочки и т.д.) каждому вокселу [19]. Далее были реконструированы модели кортикальных поверхностей и определены показатели толщины коры с использованием алгоритмов, описанных в [20].

В результате, для каждого испытуемого были получены показатели объема правого и левого таламуса, а также толщины серого вещества по всей коре головного мозга. Далее была проведена сегментация коры на зоны функциональных сетей согласно атласу B.T.T. Yeo et al. [21]. Атлас B.T.T. Yeo выбрали ввиду его функциональной значимости и базирования на данных большого количества испытуемых. Из всех полученных областей были выбраны префронтальные и теменные зоны коры, которые, согласно данным литературы [5, 22], структурно связаны с ПТЛ и ЗТЛ.

Диффузионно-взвешенная МРТ. Диффузионно-взвешенные изображения были получены с использованием эхо-планарной импульсной последовательности: TR = 6657–7212 мс, TE = 70 мс, угол поворота 90°, матрица 144/144, поле обзора 240 мм, размер вокселa 1.7 × 1.7 × 2 мм, межсрезовое расстояние 0. Диффузионные градиенты были приложены в 32 неколлинеарных направлениях с фактором диффузии b = 800 с/мм2 и в одном направлении с фактором диффузии b = 0.

Обработку изображений проводили с использованием пакета TBSS [23], компонента программного обеспечения FSL 5.0 (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Для каждого участника проводили реконструкцию таламо-кортикальных трактов: передней таламической лучистости (ПТЛ; атлас JHU White-Matter Tractography) и задней таламической лучистости (ЗТЛ; атлас JHU ICBM-DTI-81 White-Matter Labels) (рис. 1). Также реконструировали правый и левый таламус (атлас Harvard-Oxford Subcortical Structural Atlas). На основе полученных анатомических масок трактов и таламуса получили усредненные значения коэффициентов фракционной анизотропии (ФА), радиальной (РД) и аксиальной (АД) диффузии по трактам и показателя средней диффузии (СД) в таламусе для каждого участника исследования.

Рис. 1.

Реконструкция передней (А) таламической лучистости (атлас JHU White-Matter Tractography) и задней (Б) таламической лучистости (атлас Harvard-Oxford Subcortical Structural Atlas) с помощью FSL. Тракты указаны стрелками. П – правое полушарие; Л – левое полушарие.

Статистический анализ. Статистический анализ проводили с помощью Python 2.7 (библиотека scipy). Межгрупповые сравнения проводили для показателей: 1) СД и объема таламуса; 2) ФА, АД, РД для ПТЛ и ЗТЛ; 3) толщины серого вещества коры в зонах проекции ПТЛ и ЗТЛ; 4) спектральной мощности α-ритма по 16 отведениям и по 6-ти усредненным показателям (для всего диапазона и отдельных поддиапазонов). Для анализа использовали U-критерий Манна-Уитни и t-критерий Стьюдента, распределения проверяли на нормальность с помощью теста Д’Агостино и Пирсона. Коррекцию на множественные сравнения осуществляли с помощью поправки Бонферрони. Корреляционный анализ проводили между значимо различающимися показателями таламуса, ПТЛ и ЗТЛ, толщиной коры в зонах проекции ПТЛ и ЗТЛ, а также СМ α-ритма. В связи с тем, что часть показателей не прошли проверку на нормальность распределения, для выявления корреляций использовали коэффициент ранговой корреляции Спирмена.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Объем таламуса и СД таламуса. Межгрупповые различия были выявлены для показателя СД таламуса, как в правом, так и в левом полушарии. Данный показатель был повышен у пациентов по сравнению со здоровыми участниками (справа: U = 201.00, p = 0.005; слева: U = 263.00, p = 0.0006).

Величина СД используется, в том числе, для оценки плотности тканей и объема межклеточного пространства [24]. Хотя увеличение СД, найденное нами в таламусе, невозможно интерпретировать однозначно, некоторые авторы указывают на то, что рост СД отражает увеличение объема межклеточного пространства в сером веществе [25]. Также, ранее описана взаимосвязь увеличенной СД с редукцией числа нейронов и/или глии, а также с реорганизацией внеклеточного матрикса у пациентов с шизофренией [26]. Таким образом, полученные результаты указывают на вероятное увеличение объема межклеточного пространства как в правом, так и в левом таламусе, что может быть связано с текущим воспалительным процессом и реорганизацией на тканевом уровне.

Хотя ряд исследователей отмечают снижение объема таламуса у больных [9], в нашей работе снижения обнаружено не было, как и в некоторых других [12]. Отсутствие изменений данного морфологического показателя может быть связано с молодым возрастом пациентов, в то время как показатель СД таламуса, увеличенный у пациентов, является более чувствительным показателем тканевых изменений [12], и, вероятно, поэтому его изменения могут быть выявлены на более ранней стадии патогенеза.

Показатели диффузии таламо-кортикальных трактов. У больных был статистически значимо снижен показатель ФА (справа: t = 3.60, р = = 0.0007) и повышена РД (справа: U = 136.00, p = = 0.00005; слева: t = –2.30, p = 0.0005) в ПТЛ, а в левой ЗТЛ — снижена ФА (t = 2.84, p = 0.0065). Таким образом, как и ожидалось, наиболее выраженные микроструктурные изменения среди исследуемых трактов были обнаружены для ПТЛ (в обоих полушариях) и в меньшей степени для ЗТЛ (слева). Снижение ФА в ПТЛ также было показано в левом полушарии (t = 2.65, p = 0.01), однако данный результат не прошел коррекцию на множественность сравнений.

Исходя из имеющихся данных о физиологической природе изменений показателей диффузии [27, 28], обнаруженное в настоящей работе снижение ФА, совместно с увеличением РД и неизменной АД в ПТЛ, может являться маркером снижения структурированности тракта и патологии миелиновых оболочек. Полученный результат согласуется с существующими данными о нарушении миелинизации при шизофрении, полученными как с помощью методов нейровизуализации, так и на гистологических препаратах [28].

Аномалии ПТЛ у пациентов с шизофренией, а также у людей с ультравысоким риском развития психоза неоднократно выявлялись и в предыдущих работах [6, 8–10]. Однако увеличение показателя РД совместно с редукцией ФА хотя бы в одном полушарии выявлялось реже [6, 8]. Роль ПТЛ в патогенезе шизофрении связана с ее обширными проекциями в префронтальную кору – область, которая интегрирует сенсорную, моторную и аффективную информацию, участвует в формировании целенаправленного поведения и аномалии которой связаны, в том числе, с нарушением ряда исполнительных функций при шизофрении [22].

Изменения микроструктурных показателей ЗТЛ также были показаны ранее у пациентов с шизофренией [9, 10], однако, в отличие от этих исследований, в данной работе нарушения были обнаружены только в левом тракте. ЗТЛ участвует в обеспечении передачи зрительной информации от латеральных коленчатых ядер и ядер подушки таламуса в затылочную и ассоциативную часть теменной коры, обеспечивая поддержание ретинотопической организации и обработку зрительной информации [22]. Выявленные в нашей работе изменения характеристик диффузии для левой ЗТЛ, а также для ПТЛ (снижение ФА), указывают на возможное снижение числа аксонов или изменение пространственной структурированности трактов у больных по сравнению со здоровыми людьми [29].

Толщина коры в зонах проекции ПТЛ и ЗТЛ. У пациентов по сравнению с психически здоровым контролем обнаружили статистически значимое и прошедшее коррекцию на множественность сравнений снижение толщины коры в ряде областей, принимающих проекции как от ПТЛ (табл. 1 и рис. 2), так и от ЗТЛ (табл. 2 и рис. 3). Можно отметить, что наиболее выраженные изменения толщины коры у больных были выявлены в правом полушарии.

Таблица 1.  

Толщина коры (мм) в зонах проекции ПТЛ с фрагментацией на зоны функциональных сетей (согласно атласу B.T.T. Yeo [21])

Пол. Область коры Сеть
(по B.T.T.Yeo [21]) 		Группа нормы
(n = 30) 		Группа пациентов
(n = 23) 		Тест p
Л (1) Латеральная ПФК В. В. 2.10 ± 0.28 2.13 ± 0.25 t = 0.43 0.66
(2) Дорсальная ПФК Ф.-П. К. 2.53 ± 0.21 2.39 ± 0.31 U = 248.50 0.04
(3) Латеральная ПФК 2.34 ± 0.12 2.26 ± 0.10 t = 2.42 0.02
(4) Вентральная ПФК 3.19 ± 0.32 3.01 ± 0.25 t = 2.18 0.03
(5) Медиальная ПФК 2.88 ± 0.33 2.74 ± 0.29 t = 1.59 0.12
(6) ПФК П. Р. 2.74 ± 0.13 2.62 ± 0.12 t = 3.56 0.0008**
(7) ОФК Л. 2.66 ± 0.12 2.55 ± 0.09 t =3.63 0.0006**
П (1) Латеральная ПФК В. В. 2.21 ± 0.32 2.05 ± 0.20 t = 2.07 0.04
(2) Вентральная ПФК 2.83 ± 0.36 2.52 ± 0.36 t = 3.12 0.03
(3) Латеральная ПФК Ф.-П. К. 2.49 ± 0.12 2.33 ± 0.10 t = 4.94 0.000009**
(4) Вентральная ПФК 3.05 ± 0.26 2.79 ± 0.23 t = 3.79 0.0004**
(5) Медиальная ПФК 3.00 ± 0.26 2.81 ± 0.23 U = 195.50 0.004**
(6) Вентральная ПФК П. Р. 3.03 ± 0.15 2.77 ± 0.18 t = 5.70 0.0000007**
(7) Медиальная ПФК 2.77 ± 0.14 2.63 ± 0.13 t = 3.60 0.0007**
(8) ОФК Л. 2.65 ± 0.14 2.54 ± 0.13 t = 3.00 0.004**

Примечание: Пол. – полушарие, Л – левое, П – правое. ПФК – префронтальная кора, ОФК – орбитофронтальная кора. В. В. – вентральная сеть внимания; Ф.-П. К. – фронто-париетальная сеть контроля; П. Р. – сеть пассивного режима; Л. – лимбическая сеть. ** – результат проходит коррекцию на множественность сравнений.

Рис. 2.

Выбранные зоны проекции ПТЛ (разбиение коры согласно атласу B.T.T. Yeo et al. [21]). Нумерация соответствует зонам коры в табл. 1. Обозначения см. рис. 1.

Таблица 2.  

Толщина коры в зонах проекции ЗТЛ (мм) с фрагментацией на зоны функциональных сетей (согласно атласу B.T.T. Yeo [21]) в группах здоровых людей и пациентов с шизофренией

Пол. Область коры Сеть
(по B.T.T.Yeo [21]) 		Группа нормы
(n = 30) 		Группа пациентов
(n = 23) 		Тест p
Л (1) Зрительная З. 2.13 ± 0.08 2.05 ± 0.11 t = 2.98 0.004**
(2) Теменно-затылочная Д. В. 2.37 ± 0.08 2.27 ± 0.14 t = 2.99 0.004**
(3) Теменная В. В. 2.65 ± 0.20 2.56 ± 0.20 t = 1.58 0.12
(4) Височно-затылочная 2.71 ± 0.30 2.66 ± 0.29 t = 0.67 0.50
(5) Теменная Ф.-П. К. 2.34 ± 0.11 2.27 ± 0.17 t = 1.88 0.07
(6) Прекунеус 2.26 ± 0.21 2.12 ± 0.21 t = 2.41 0.02
(7) Теменная П. Р. 2.58 ± 0.11 2.51 ± 0.14 U = 246.00 0.04
(8) Задняя поясная 2.72 ± 0.11 2.61 ± 0.16 t = 3.10 0.003**
П (1) Зрительная З. 2.16 ± 0.07 2.08 ± 0.10 t = 3.55 0.0008**
(2) Теменно-затылочная Д. В. 2.35 ± 0.09 2.26 ± 0.10 t = 3.61 0.0007**
(3) Височно-затылочно-теменная В. В. 2.75 ± 0.14 2.63 ± 0.16 U = 198.00 0.004**
(4) Теменная Ф.-П. К. 2.40 ± 0.11 2.30 ± 0.12 t = 2.90 0.006
(5) Прекунеус 2.19 ± 0.26 2.04 ± 0.19 t = 2.27 0.027
(6) Теменная П. Р. 2.54 ± 0.21 2.44 ± 0.14 t = 2.03 0.05
(7) Задняя поясная 2.71 ± 0.15 2.58 ± 0.11 t = 3.45 0.001*

Примечание: З – зрительная сеть; Д. В. – дорсальная сеть внимания. Остальные обозначения см. табл. 1.

Рис. 3.

Выбранные зоны проекции ЗТЛ (разбиение коры согласно атласу B.T.T. Yeo et al. [21]). Нумерация соответствует зонам коры в табл. 2. Обозначения см. рис. 1.

Снижение толщины серого вещества в лобных и теменно-затылочных областях коры, принимающих проекции ПТЛ и ЗТЛ, было показано ранее во многих работах у пациентов с шизофренией [9, 10], в том числе, в ранее проведенных нами исследованиях [7, 11]. Особое место в таких исследованиях уделено префронтальной коре, изменения которой наиболее обширны при данном заболевании. Помимо нее, также отмечают ключевую роль нижней теменной коры в патогенезе заболевания [9], в которую, как было отмечено выше, приходит зрительная информация через ПТЛ [22]. Снижение толщины серого вещества в этих областях коры наблюдается в процессе течения шизофрении и связывается с факторами, относящимися к болезни, однако такое снижение не всегда напрямую ассоциировано с клиническими проявлениями или нарушением когнитивного и социального функционирования [30, 31].

Корреляционный анализ структурных показателей. В группе пациентов, но не у здоровых испытуемых, толщина медиальной части префронтальной коры обратно коррелировала с выявленными нами измененными показателями: со СД в таламусе (r = –0.72, p = 0.0001) и с РД в ПТЛ (r = = –0.63, p = 0.0013). Все показано для правого полушария (рис. 4).

Рис. 4.

Корреляции измененных показателей (СД в правом таламусе и РД в ПТЛ) и толщины серого вещества медиальной части префронтальной коры (выделена справа) в правом полушарии. ** – результаты проходят коррекцию на множественность сравнений.

Срединная часть медиальной префронтальной коры, для которой были выявлены указанные корреляции с двумя измененными показателями в правом полушарии (рис. 2), согласно [21], относится к фронто-париетальной сети контроля, участвующей в обеспечении когнитивного контроля и принятия решений [32]. Обнаруженное сопряжение структурной патологии различных отделов ТКС при шизофрении только в правом полушарии было показано впервые, и причина подобной латеральности станет предметом дальнейших исследований.

Кроме того, обнаруженный в настоящем исследовании в группе шизофрении паттерн (отрицательная корреляция показателя РД в ПТЛ и толщины серого вещества в области префронтальной коры) противоположен паттерну, показанному на большой выборке здоровых испытуемых [33], что косвенно свидетельствует о потенциальной значимости подобных взаимосвязей в патогенезе заболевания.

Сравнение спектральной мощности α-ритма и ее корреляции. В настоящем исследовании статистически значимых различий СМ всего диапазона α-ритма между исследуемыми группами не обнаружено. Однако было показано снижение СМ поддиапазона 11–12.5 Гц у больных по сравнению с психически здоровым контролем в усредненных теменных (P; U = 200, p = 0.005) и в левых височных (F7–T3–T5; U = 120, p = 0.0004) отведениях. Корреляций между спектральной мощностью α-ритма и измененными структурными показателями в обеих исследуемых группах также показано не было.

В отличие от результатов представленного исследования, в ряде других исследований была выявлена редукция СМ α-ритма у пациентов с шизофренией [34–36]. Такое расхождение может быть связано с рядом факторов, среди которых молодой возраст и относительно небольшая длительность заболевания пациентов в нашей работе. Локализация же сниженной α-активности широко варьирует: исследователи отмечают как повсеместную редукцию СМ в α-диапазоне [36], так и отдельно в лобных или затылочных отведениях [34], а также, подобно показанному в нашем исследовании, в теменной области [35].

Что касается корреляций α-активности со структурными характеристиками ТКС, такими как толщина и объем серого вещества коры, ФА в ПТЛ и ЗТЛ, то их обнаруживают сравнительно редко [13, 14], а общее число исследований, оценивающих наличие нейроанатомических коррелятов ритмов ЭЭГ, невелико даже для здоровых людей [14].

Корреляционный анализ с балльной оценкой шкалы PANSS. По результатам настоящего исследования, корреляций между выраженностью психопатологических расстройств, оцененной по шкале PANSS, и измененными структурными и функциональными показателями обнаружено не было.

В отдельных исследованиях были выявлены корреляции некоторых структурных изменений ТКС (толщины коры [37]) и α-ритма [36] с суммарной оценкой позитивных и негативных синдромов. В то же время, в других работах, как и в настоящей работе, для аналогичных структурных показателей таких корреляций показано не было [34, 38]. Одним из возможных объяснений является то, что психопатологические проявления могут быть ассоциированы с целым комплексом связанных структурных и функциональных нарушений, нежели с отдельными структурными нарушениями серого вещества или проводящих путей головного мозга.

В целом, полученные нами результаты подтверждают наличие распределенных структурных аномалий таламо-кортикальной системы при шизофрении. Наиболее выраженные изменения в микроструктуре белого вещества наблюдались в передней таламической лучистости. При этом профиль обнаруженных отклонений диффузионных показателей может являться маркером патологии миелиновых оболочек, что согласуется с существующими данными о нарушении миелинизации при шизофрении. Что касается серого вещества, то наиболее существенные структурные аномалии были выявлены в префронтальной коре, включая области, принимающие проекции передней таламической лучистости. Более того, обнаруженные корреляции между структурными аномалиями могут свидетельствовать о сопряжении патологических процессов, затрагивающих белое и серое вещество ТКС при шизофрении. Отсутствие межгрупповых различий в показателях спектральной мощности всего α-диапазона может быть связано с молодым возрастом и относительно небольшой длительностью заболевания у пациентов в исследуемой выборке.

ВЫВОДЫ

1. Структурные изменения таламо-кортикальной системы у пациентов с шизофренией затронули таламус, переднюю и заднюю таламические лучистости, а также области их проекций в префронтальной, теменной и затылочной коре.

2. В группе шизофрении были обнаружены отрицательные корреляции между толщиной серого вещества в медиальной части префронтальной коры и 1) показателем средней диффузии в таламусе в правом полушарии; 2) показателем радиальной диффузии в правой передней таламической лучистости. Роль этого паттерна взаимосвязанных аномалий нейроархитектуры головного мозга относительно психопатологических проявлений, когнитивного и социального функционирования станет предметом дальнейших исследований.

3. Было выявлено снижение спектральной мощности высокочастотного поддиапазона α-ритма 11–12.5 Гц в группе шизофрении. Межгрупповых различий всего α-диапазона, также как и корреляций сниженной мощности в указанном поддиапазоне с измененными структурными показателями, обнаружено не было.

4. Выраженность психопатологической симптоматики не коррелировала с выявленными изменениями структурных и функциональных показателей.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены локальным Этическим комитетом Научного центра психического здоровья (Москва).

Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Финансирование работы. Исследование было частично поддержано РФФИ (грант № 18-013-01214).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

Список литературы

  1. Friston K.J. The disconnection hypothesis // Schizophr. Res. 1998. V. 30. № 2. P. 115.

  2. Anticevic A. Understanding the role of thalamic circuits in schizophrenia neuropathology // Schizophr. Res. 2017. V. 180. P. 1.

  3. Guo K., Yamawaki N., Barrett J.M. et al. Cortico-thalamo-cortical circuits of mouse forelimb S1 are organized primarily as recurrent loops // J. Neurosci. 2020. V. 40. № 14. P. 2849.

  4. Mitchell A.S. The mediodorsal thalamus as a higher order thalamic relay nucleus important for learning and decision-making // Neurosci. Biobehav. Rev. 2015. V. 54. P. 76.

  5. Benarroch E.E. Pulvinar: Associative role in cortical function and clinical correlations // Neurology. 2015. V. 84. № 7. P. 738.

  6. Томышев А.С., Лебедева И.С., Ахадов Т.А. и др. МРТ-исследование особенностей проводящих путей головного мозга у пациентов c ультравысоким риском развития эндогенных психозов // БЭБиМ. 2016. Т. 162. С. 417.

  7. Лебедева И.С., Томышев А.С., Ахадов Т.А., Каледа В.Г. О корреляциях особенностей серого и белого вещества головного мозга при шизофрении (научная статья) // Психиатрия. 2017. Т. 75. № 3. С. 22.

  8. Tomyshev A.S., Lebedeva I.S., Akhadov T.A. et al. Alterations in white matter microstructure and cortical thickness in individuals at ultra-high risk of psychosis: A multimodal tractography and surface-based morphometry study // Psychiatry Res. Neuroimaging. 2019. V. 289. P. 26.

  9. Birur B., Kraguljac N.V., Shelton R.C., Lahti A.C. Brain structure, function, and neurochemistry in schizophrenia and bipolar disorder — a systematic review of the magnetic resonance neuroimaging literature // NPJ. Schizophrenia. 2017. V. 3. P. 15.

  10. Parnanzone S., Serrone D., Rossetti M.D. et al. Alterations of cerebral white matter structure in psychosis and their clinical correlations: a systematic review of diffusion tensor imaging studies // Riv. Psychiatr. 2017. V. 52. № 2. P. 49.

  11. Каледа В.Г., Божко О.В., Ахадов Т.А. и др. Нейроанатомические особенности головного мозга при юношеской приступообразной шизофрении: морфометрия серого вещества префронтальной коры и подкорковых структур // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019. Т. 119. № 8. С. 7.

  12. Spoletini I., Cherubini A., Banfi G. et al. Hippocampi, thalami, and accumbens microstructural damage in schizophrenia: A volumetry, diffusivity, and neuropsychological Study // Schizophr. Bull. 2011. V. 37. № 1. P. 118.

  13. Bruder G.E., Bansal R., Tenke C.E. et al. Relationship of resting EEG with anatomical MRI measures in individuals at high and low risk for depression // Hum. Brain Mapp. 2011. V. 33. № 6. P. 1325.

  14. Valdés-Hernández P.A, Ojeda-González A., Martínez-Montes E. et al. White matter architecture rather than cortical surface area correlates with the EEG alpha rhythm // NeuroImage. 2010. V. 49. № 3. P. 2328.

  15. Wagner G., De la Cruz F., Schachtzabel C. et al. Structural and functional dysconnectivity of the fronto-thalamic system in schizophrenia: A DCM-DTI study // Cortex. 2015. V. 66. P. 35.

  16. Marenco S., Stein J.L., Savostyanova A.A. et al. Investigation of anatomical thalamo-cortical connectivity and fMRI activation in schizophrenia // Neuropsychopharm. 2011. V. 37. № 2. P. 499.

  17. Shackman A.J., McMenamin B.W., Maxwell J.S. et al. Identifying robust and sensitive frequency bands for interrogating neural oscillations // NeuroImage. 2010. V. 51. № 4. P. 1319.

  18. Barzegaran E., Vildavski V.Y., Knyazeva M.G. Fine structure of posterior alpha rhythm in human EEG: frequency components, their cortical sources, and temporal behavior // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 1. P. 1.

  19. Fischl B., Salat D.H., Busa E. et al. Whole brain segmentation: automated labeling of neuroanatomical structures in the human brain // Neuron. 2002. V. 33. № 3. P. 341.

  20. Fischl B., van der Kouwe A., Destrieux C. et al. Automatically parcellating the human cerebral cortex // Cerebral Cortex. 2004. V. 14. № 1. P. 11.

  21. Yeo B.T.T., Krienen F.M., Sepulcre J. et al. The organization of the human cerebral cortex estimated by intrinsic functional connectivity // J. Neurophysiol. 2011. V. 106. № 3. P. 1125.

  22. Aralasmak A., Ulmer J.L., Kocak M. et al. Association, commissural, and projection pathways and their functional deficit reported in literature // J. Comput. Ass. Tom. 2006. V. 30. № 5. P. 695.

  23. Smith S.M., Jenkinson M., Johansen-Berg H. et al. Tract-based spatial statistics: Voxelwise analysis of multi-subject diffusion data // NeuroImage. 2006. V. 31. № 4. P. 1487.

  24. Levitt J.J., Kubicki M., Nestor P.G. et al. A diffusion tensor imaging study of the anterior limb of the internal capsule in schizophrenia // Psychiatry Res. 2010. V. 184. № 3. P. 143.

  25. Sykova E. Extrasynaptic volume transmission and diffusion parameters of the extracellular space // Neuroscience. 2004. V. 129. № 4. P. 861.

  26. Rose S.E., Chalk J.B., Janke A.L. et al. Evidence of altered prefrontal–thalamic circuitry in schizophrenia: An optimized diffusion MRI study // Neuroimage. 2006. V. 32. № 1. P. 16.

  27. Song S.-K., Yoshino J., Le T.Q. et al. Demyelination increases radial diffusivity in corpus callosum of mouse brain // Neuroimage. 2005. V. 26. № 1. P. 132.

  28. Aung W.Y., Mar S., Benzinger T.L. Diffusion tensor MRI as a biomarker in axonal and myelin damage // Imaging Med. 2013. V. 5. № 5. P. 427.

  29. Papadelis C., Ahtam B., Feldman H.A. et al. Altered white matter connectivity associated with intergyral brain disorganization in hemiplegic cerebral palsy // Neuroscience. 2018. V. 399. P. 146.

  30. Алфимова М.В., Лебедева И.С., Томышев А.С. и др. Вербальная беглость на начальных этапах шизофрении: структурные и нейрофизиологические корреляты // Социальная и клиничеcкая психиатрия. 2016. Т. 26. № 4. С. 5.

  31. Gao X., Zhang W., Yao L. et al. Association between structural and functional brain alterations in drug-free patients with schizophrenia: a multimodal meta-analysis // J. Psychiatry Neurosci. 2018. V. 43. № 2. P. 131.

  32. Waskom M.L., Frank M.C., Wagner A.D. Adaptive engagement of cognitive control in context-dependent decision making // Cereb. Cortex. 2017. V. 27. № 2. P. 1270.

  33. Tamnes C.K., Østby Y., Fjell A.M. et al. Brain maturation in adolescence and young adulthood: regional age-related changes in cortical thickness and white matter volume and microstructure // Cereb. Cortex. 2009. V. 20. № 3. P. 534.

  34. Goldstein M.R., Peterson M.J., Sanguinetti J.L. et al. Topographic deficits in alpha-range resting EEG activity and steady state visual evoked responses in schizophrenia // Schizophr. Res. 2015. V. 168. № 1. P. 145.

  35. Garakh Z., Zaytseva Y., Kapranova A. et al. EEG correlates of a mental arithmetic task in patients with first episode schizophrenia and schizoaffective disorder // Clinical Neurophys. 2015. V. 126. № 11. P. 2090.

  36. Zeev-Wolf M., Levy J., Jahshan C. et al. MEG resting-state oscillations and their relationship to clinical symptoms in schizophrenia // NeuroImage: Clinical. 2018. V. 20. P. 753.

  37. Xiao Y., Lui S., Deng W. et al. Altered Cortical Thickness Related to Clinical Severity But Not the Untreated Disease Duration in Schizophrenia // Schizophr. Bull. 2013. V. 41. № 1. P. 201.

  38. Knöchel C., Reuter J., Reinke B. et al. Cortical thinning in bipolar disorder and schizophrenia // Schizophr. Res. 2016. V. 172. № 1. P. 78.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология человека

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал