Магнитно-резонансная спектроскопия и функциональная магнитно-резонасная томография при первом эпизоде психоза

1.

Какие функции реализуют глутамат и гамма-аминомаслянная кислота в коре головного мозга?

Глутамат опосредует быструю передачу в синапсе и играет ключевую роль в долговременной потенциации, в то время, как гамма - аминомаслянная кислота участвует в регуляции синаптической передачи, а также вероятности и времени генерации потенциала действия. Кроме того, считается, что быстро-спинные гамкергические интернейроны облегчают ритмическую синхронизацию (т. е. синхронность) пирамидных нейронов коры мозга (Lytton, W. W., & Sejnowski, T. J., 1991). После высвобождения из пресинаптических окончаний глутамат и гамма-аминомаслянная кислота поглощаются клетками нейроглии и преобразуются в глутамин, который затем возвращается в нейроны и преобразуется обратно в исходные трансмиттеры.

Какие нейроны представляют собой базовую единицу информации в коре мозга и как они функционируют?

Возбуждающий глутаматергический нейрон и тормозной гамкергический интернейрон представляют собой базовую единицу информации во всей коре головного мозга (Logothetis, N. K., 2008). Более 75% потребления энергии мозгом связано с цикличностью этих трансмиттеров (Rothman, D., et.al., 2003). В отличие от глутаматергических нейронов, кортикальные гамкергические нейроны образуют синапсы локально и не проецируются в другие регионы. 

Какой метод исследования позволяет оценить выраженность процессов возбуждения и торможения в коре мозга?

Основные медиаторы мозга, характеризующие процессы возбуждения и торможения: глутамат и гамма-аминомаслянную кислоту можно измерить in vivo с помощью магнитно-резонансной спектроскопии.

Какие процессы можно исследовать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии?

Функциональная магнитно-резонансная томографию позволяет идентифицировать несколько крупномасштабных нейронных сетей, включая сети, позитивные (исполнительный контроль, заметность) и негативные по решению задаче (режим по умолчанию) (Raichle ME,et.al,. 2001).

Что позволяет охарактеризовать "сеть режима по умолчанию"?

  В отличие от сетей, позитивных по задаче, сеть режима по умолчанию (DMN) включает в себя набор областей, которые активны во время отдыха и которые деактивируются во время выполнения задачи. Баланс между активацией сетей, позитивных по задаче, и деактивацией DMN, по-видимому, необходим для когнитивного функционирования (Weissman, D., et.al., 2006).

2.

Какие медиаторы мозга связаны с реакцией BOLD?

Различные методы визуализации мозга, такие как магнитной-энцефалография и функциональная магнитно-резонасная томография, измеряют различные физиологические аспекты активности нейронов; из-за их роли в "нейроэнергетике", причем, было обнаружено, что глутамат и гамма - аминомаслянная кислота связаны с уровнем кислорода в крови (BOLD) определенным с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.

Какие сети нейронов показывают повышенный ответ BOLD при первом эпизоде психоза?

Исследование пациентов с первым эпизодом психоза показывает повышенный ответ BOLD в регионах сетей исполнительного и дефолтного режима. 

Какие медиаторы и структуры мозга вовлечены в патогенез первого эпизода психоза?

У пациентов с первым эпизодом психоза отмечается связь между уровнями глутамата передней поясной коры и ответом, зависящем от уровня кислорода в крови (BOLD) в регионах сети заднего дефолтного режима (картина противоположная контролю здоровых людей), а уровни гамма-аминомаслянной кислоты передней поясной коры коррелируют с локальным ответом BOLD и временем реакции Струпа. Таким образом, можно предполагать у больных с первым эпизодом психоза наличие механизма, посредством которого изменения во взаимосвязи между кортикальным глутаматом/гамма-аминомаслянной кислотой и реакцией BOLD нарушают динамику основных сетей нейронов, что оказывает влияние на когнитивные функции (Overbeek G., et.al., 2019).

Какие изменения в сигнале, зависящим от уровня кислорода в крови и изменения в деактивации режима по умолчанию отмечены при шизофрении?

 Изменения в сигнале BOLD, в состоянии покоя и во время выполнения задач, изменения в деактивации DMN и изменения в отношениях между DMN и другими сетями нейронов были зарегистрированы при шизофрении, что позволяет предположить, что динамика активации/деактивации в сетях, позитивных по задаче/DMN, изменена. (Kraguljac, N. V. et.al., 2016). 

3

От чего зависит уровень глутамата при первом эпизоде психоза?

Исследователи шизофрении сообщали об аномальных значениях глутамата при первом эпизоде психоза, которые могут зависели от расположения вокселя, стадии заболевания и статуса приема лекарств (Merritt K, et.al., 2016). 

Какой показатель позволяет оценить скорость глутаматергической синаптической активности?

Глутамин и особенно соотношение глутамин/глутамат представляют интерес, поскольку считается, что они индексируют скорость глутаматергической синаптической активности. Cоотношение глутамин/глутамат предоставляет дополнительную информацию для понимания групповых различий в реакции BOLD как следствие нарушенной глутаматергической передачи у пациентов с первым эпизодом психоза.

Литература

Kraguljac, N. V., White, D. M., Hadley, J. A., Visscher, K., Knight, D., ver Hoef, L., & Lahti, A. C. (2016). Abnormalities in large scale functional networks in unmedicated patients with schizophrenia and effects of risperidone. NeuroImage: Clinical, 10, 146-158.

Lytton, W. W., & Sejnowski, T. J. (1991). Simulations of cortical pyramidal neurons synchronized by inhibitory interneurons. Journal of Neurophysiology, 66(3), 1059-1079.

Logothetis, N. K. (2008). What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature, 453(7197), 869-878.

Merritt K, Egerton A, Kempton MJ, Taylor MJ, McGuire PK (2016): Nature of glutamate alterations in schizophrenia: A meta-analysis of proton magnetic resonance spectroscopy studies. JAMA Psychiatry 73:665–674. 

Overbeek G., et.al. Relationship Between. Cortical Excitation and Inhibition and Task-Induced Activation and Deactivation: A Combined Magnetic Resonance Spectroscopy and Functional Magnetic Resonance Imaging Study at 7T in First-Episode Psychosis. Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 2019. Feb; 4(2): 121–130. 

Raichle ME, MacLeod AM, Snyder AZ, Powers WJ, Gusnard DA, Shulman GL (2001): A default mode of brain function. Proc Natl Acad Sci U S A. 98:676–682

Rothman, D. L., Behar, K. L., Hyder, F., & Shulman, R. G. (2003). In vivo NMR studies of the glutamate neurotransmitter flux and neuroenergetics: implications for brain function. Annual review of physiology, 65(1), 401-427.

Weissman, D. H., Roberts, K. C., Visscher, K. M., & Woldorff, M. G. (2006). The neural bases of momentary lapses in attention. Nature neuroscience, 9(7), 971-978.

McGlashan, T. H., Zipursky, R. B., Perkins, D., Addington, J., Miller, T., Woods, S. W. & Breier, A. (2006). Randomized, double-blind trial of olanzapine versus placebo in patients prodromally symptomatic for psychosis. American Journal of Psychiatry, 163(5), 790-799.

McGlashan TH, Walsh BC, Woods SW. Structured Interview for Psychosis-risk Syndromes, Version 5.6.1; 2017.

Tandon R, Nasrallah HA, Schizophrenia KMS. “just the facts” 4. Clinical features and conceptualization. Schizophr Res. 2009;110(1–3):1–23.