Магнитно-резонансная томография (структурная визуализация мозга) при большом депрессивном расстройстве

Взаимосвязи между структурами мозга  

Почему структурный и функциональный коннектомы мозга обозначают термином «сеть малого мира»? 

Сегодня известно, что несколько регионов мозга могут координироваться в сложную сеть или так называемую «сеть малого мира» (Bassett, D. S., & Bullmore, E. T., 2017). "Сеть малого мира", один из типов сложных сетей нейронов, характеризуется топологией, в которой любая пара узлов в сети может быть связана друг с другом через соединение всего с несколькими другими узлами, даже если два узла не находятся в непосредственной близости друг от друга. Несмотря на споры о степени распределенной обработки информации в мозге, существуют функционально специализированные регионы для различных когнитивных процессов, в дополнение к высоко локализованным моторным и первичным сенсорным регионам мозга (Caramazza, A., & Coltheart, M., 2006). Топология "малого мира" обеспечивает инфраструктуру для эффективной обработки информации, как сегрегированной/специализированной, так и распределенной/интегрированной. 

Какие основные функции мозга реализуются с помощью сетей нейронов? 

Сложная мозговая сеть обычно поддерживает высокую динамическую активность при минимальных затратах на трансфер передачи сигналов (Schilling, 2005)), тем самым поддерживая такие функции, как когнитивное понимание, самостоятельно поддерживающаяся постоянная активность или переход к неудаче (Roxin A., 2004), принятие решений (Minati L., et.al., 2012) и исполнительные функции (Satterthwaite T., et al., 2013) в повседневной жизни. 

Что из себя представляют "подуровневые сети" и сколько таких сетей обычно активируется в процессе решения задач? 

Функциональные сети далее делятся на "подуровневые сети", каждая из которых обычно состоит из мозговых узлов с синхронизирующей мозговой активностью и, как правило, фокусируется на конкретной функции мозга. В зависимости от используемого анализа, обычно идентифицируют и задействуют 7–11 преобладающих подсетей (Yeo, B., et.al., 2011). 

Анализ функционирования сетей нейронов в авторской клинике Минутко В.Л.

Почему исследование сетей нейронов следует оценивать с помощью методов как структурной , так и функциональной визуализации мозга?

Сложный сетевой анализ, который мы проводим в нашей клинике стремится комплексно охарактеризовать функционирования сетей нейронов у каждого пациента, используя несколько индексов, которые не только имеют биологическое значение, но и легко вычисляются на основе количественных данных о связях мозга, таких как данные диффузионной-тензорной томографии (DTI), функциональной магнитно-резонансной томографии , электроэнцефалографии. 

Сравнительные аспекты структурной и функциональной визуализации мозга 

В чем преимущества исследований психоневрологических расстройств с помощью структурной визуализации мозга, по сравнению с его функциональной визуализацией?

Структурная связность считается более надежной внутри субъектного теста-ре-теста, чем функциональная связность, предлагая более практичный подход к характеристике аномалий мозга при нейропсихиатрическх расстройствах.

Воксельметрия и трактография

Какие методы анализа связей мозга используются при его структурной визуализации?

При оценке результатов диффузионного тензорного изображения обычно используются два метода анализа мозга. Метод анализа на основе вокселей (VBA) включает анализ всех вокселей белого вещества и коррекцию множественных сравнений, шума путем сообщения только о смежных кластерах значимых вокселей. Это метод позволяет определять, как размеры разных структур мозга Пространственная статистика на основе тракта (TBSS) изолирует центральное ядро ​​трактов белого вещества с самой высокой фракционной анизотропией (FA) и позволяет получить информацию о значимых кластерах в пределах этого скелета белого вещества (Smith S, et.al., 2006). 

Структуры мозга, вовлеченные в патогенез большого депрессивного расстройства 

Какие структуры мозга вовлечены в патогенез большого депрессивного расстройства? 

Нарушения корково-подкорковых нейронных цепей (сетей), включая гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось и лобно-лимбические цепи, может быть связано с этиологией и патогенезом большого депрессивного расстройства (Arnold J. et.al., 2012). Результаты исследований показали распространенные аномалии белого вещества при этом расстройстве в таких областях, как лобная извилина, мозжечок, правый таламус, правая теменная доля, мозолистое тело и верхний продольный пучок (Lai CH, Wu YT, 2014).

Магнитно-резонансная томография и позитронная - эмиссионная томография при большом депрессивном расстройстве

Какие отклонения в работе функции мозга можно выявить при большом депрессивном расстройстве?

Многочисленные исследования визуализации большого депрессивного расстройства по сравнению с общим расстройством обнаружили отклонения в области пост-центральной извилины (PoG), включая исследования функциональной связности, региональной однородности, локального объема мозга, толщины коры, области коры или связывания рецепторов серотонина 1A с использованием магнитно-резонансной томографии или позитронной-эмиссионной томографии (Jaworska, N., et.al., 2014). PoG является первичной сенсорной-моторной областью и получает большую часть соматической сенсорной релейной информации от таламуса. Исследования с использованием функциональной визуализации ранее показали, что PoG связан с более высоким ReHo у пациентов с большим депрессивных расстройством с соматическими симптомами, включая боль 

Повреждения пучков волокон при большом депрессивном расстройстве

Какие связи между структурами мозга нарушены при большом депрессивном расстройстве?

Мета-анализы у пациентов с большим депрессивным расстройством с отменой приема лекарств показывает снижение фракционной анизотропии (FA) в белом веществе правого полушария мозжечка, средней части мозолистого тела и двустороннего верхнего продольного пучка III (SLF III), тогда как снижение FA в колене мозолистого тела и правых передних таламических проекциях наблюдается только у пациентов, не принимавших лекарства. Отслеживание волокон показывает, что основные пути с наблюдаемым снижением FA включали правые пути мозжечка, корпус мозолистого тела, двусторонний SLF III и дугообразный пучок (Jing Jiang et.al., 2017).  Функции SLF III и AF могут помочь выяснить корреляции между снижением FA в SLF и функциональными нарушениями (например, дефицит рабочей памяти, нарушение устойчивости внимания, речевой артикуляции и когнитивные нарушения). На сегодняшний день многие исследования DTI у пациентов с большим депрессивным расстройством сообщили, что снижение FA в SLF было связано с депрессивными симптомами. Например, недавнее исследование лиц, не принимавших лекарства, с одним кратковременным эпизодом большого депрессивного расстройства выявило более низкий уровень FA в правой SLF в лобной доле в группе большого депрессивного расстройства (Wu, F., et.al., 2011). 

Извилины мозга при большом депрессивном расстройстве 

Объем какой извилины мозга коррелирует с выраженностью тревожно-депрессивной симптоматики?

Язычная извилина имеет отношение к выраженности тревоги-депрессии у молодых людей (Couvy-Duchesne et al., 2018), но ее объем может влиять на тяжесть депрессии/тревожности и реакцию на антидепрессанты (Jung, J., et.al., 2014). Исследователи обнаружили, что , что часть правой язычной извилины (cLinG) мозга у людей с короткой продолжительностью большого депрессивного расстройства более кластеризована по сравнению с людьми с большой продолжительностью этого расстройства. Однако, чем длительнее течение большого депрессивного расстройства, тем ближе паттерн кластеризации напоминает показатели здоровых людей.  Этот эффект был наиболее выражен в язычных извилинах в обоих полушариях, что предполагает, что эти области мозга могут быть более пластичными (Papmeyer, M., et.al., 2015). 

Нарушение связей в какой структуре мозга отмечен у лиц с высоким риском семейной депрессии? 

Островок играет ключевую роль в эмоционально-когнитивной интеграции. Вариант связей в правом островке мозга аномален у людей с высоким семейным риском депрессии (Li, X., et.al., 2018). 

Восстановление структурно-функциональных связей при большом депрессивном расстройстве

Какие методы терапии способствуют восстановлению структуры и функции мозга больных с большим депрессивном расстройстве?

Когнитивная терапия, фармакотерапия (селективные ингибиторы обратного захвата серотонина, кетамин и др.) и даже религиозные убеждения могут влиять на когнитивную и структурную нормализацию функций мозга (Abdallah, C.., et.al., 2017).

При большом депрессивном расстройстве имеет место повреждение оболочек миелина в правых волокна, мозжечка, средней части мозолистого тела, двустороннем верхнем продольном и дугообразном пучках волокон

Можно отметить тенденцию к излечению большого депрессивного расстройства, зафиксированную при визуализации мозга в долгосрочной перспективе (точно так же, как порез на коже заживет в любом случае, независимо от того, появится ли и сохранится ли шрам позже). В литературе есть сообщение о потенциальном эффекте рубцевания, это предполагает, что депрессивный эпизод может привести к длительным изменениям личности и самооценки.

Литература

Abdallah, C. G., Jackowski, A., Salas, R., Gupta, S., Sato, J. R., Mao, X., ... & Mathew, S. J. (2017). The nucleus accumbens and ketamine treatment in major depressive disorder. Neuropsychopharmacology, 42(8), 1739-1746.

Arnold JF, Zwiers MP, Fitzgerald DA, et al. Fronto-limbic microstructure and structural connectivity in remission from major depression. Psychiatry Res. 2012.204:40–8. 

Bassett, D. S., & Bullmore, E. T. (2017). Small-world brain networks revisited. The Neuroscientist, 23(5), 499-516.

Caramazza, A., & Coltheart, M. (2006). Cognitive neuropsychology twenty years on. Cognitive Neuropsychology, 23(1), 3-12.

Jaworska, N., MacMaster, F. P., Gaxiola, I., Cortese, F., Goodyear, B., & Ramasubbu, R. (2014). A preliminary study of the influence of age of onset and childhood trauma on cortical thickness in major depressive disorder. BioMed research international, 2014(1), 410472.

Jing Jiang et.al. Microstructural brain abnormalities in medication-free patients with major depressive disorder: a systematic review and meta-analysis of diffusion tensor imaging. J Psychiatry Neurosci. 2017. May; 42(3): 150–163. 

Jung, J., Kang, J., Won, E., Nam, K., Lee, M. S., Tae, W. S., & Ham, B. J. (2014). Impact of lingual gyrus volume on antidepressant response and neurocognitive functions in major depressive disorder: a voxel-based morphometry study. Journal of affective disorders, 169, 179-187.

Lai CH, Wu YT. Alterations in white matter micro-integrity of the superior longitudinal fasciculus and anterior thalamic radiation of young adult patients with depression. Psychol. Med. 2014.44:2825–32. 

Li, X., Weissman, M. M., Posner, J., & Xu, D. (2018). A diffusion tensor imaging study of altered brain microstructure by religiosity and spirituality underlying familial risk for depression. Brain and Behavior, 9(2), e01209. 

Minati, L., Grisoli, M., Seth, A. K., & Critchley, H. D. (2012). Decision-making under risk: a graph-based network analysis using functional MRI. Neuroimage, 60(4), 2191-2205.

Papmeyer, M., Giles, S., Sussmann, J. E., Kielty, S., Stewart, T., Lawrie, S. M., ... & McIntosh, A. M. (2015). Cortical thickness in individuals at high familial risk of mood disorders as they develop major depressive disorder. Biological psychiatry, 78(1), 58-66.

Roxin, A., Riecke, H., & Solla, S. A. (2004). Self-sustained activity in a small-world network of excitable neurons. Physical review letters, 92(19), 198101.

Satterthwaite, T. D., Wolf, D. H., Erus, G., Ruparel, K., Elliott, M. A., Gennatas, E. D., ... & Gur, R. E. (2013). Functional maturation of the executive system during adolescence. Journal of Neuroscience, 33(41), 16249-16261.

Smith SM, Jenkinson M, Johansen-Berg H, et al. Tract-based spatial statistics: voxelwise analysis of multi-subject diffusion data. Neuroimage. 2006.31.1487–505

Yeo, B. T., Krienen, F. M., Sepulcre, J., Sabuncu, M. R., Lashkari, D., Hollinshead, M., ... & Buckner, R. L. (2011). The organization of the human cerebral cortex estimated by intrinsic functional connectivity. Journal of neurophysiology.

Wu, F., Tang, Y., Xu, K., Kong, L., Sun, W., Wang, F. & Liu, Y. (2011). Whiter matter abnormalities in medication-naive subjects with a single short-duration episode of major depressive disorder. Psychiatry Research: Neuroimaging, 191(1), 80-83.