"Мозжечок, несомненно, доставил анатомам больше хлопот, чем любой другой орган, и наши знания о его строении кажутся несоразмерными затраченному труду".
CL Herrick (1891).
1.
Какие структуры мозжечка изучены в большей степени?
Ядра мозжечка (CN) - основные выходные структуры мозжечка, часто упускаются из виду при его изучении . Это упущение связано с тем, что исследования мозжечка обычно фокусируются на его размерах, коре, причем, в литературе доминирует тенденция рассматривать ядра мозжечка как относительно простые выходные ядра, передающие инвертированный сигнал от коры мозжечка к остальной части мозга (Kebschull J., et.al., 2024).
Какие функции реализуются с активным участием мозжечка?
Мозжечок долгое время изучался исключительно в плане его роли в координации движений. Однако, исследования проведенные за последние два десятилетия показали, что мозжечок также играет ключевую роль при многих двигательных, когнитивных и эмоциональных процессах. Действительно, в современной литературе описано несколько функций мозжечка: регулирование эмоций, вегетативной нервной системы, ингибирование импульсивности во время принятия решений, влияние на внимание и рабочую память. Отмечено, что мозжечок играет роль в процессах так называемого "неконтролируемого обучения" (ассоциативное обучение и адаптация двигательных функций) (Timmann, D., et.al., 2010). Роль мозжечка в когнитивном функционировании аналогична его контролю над целенаправленными двигательными навыками во время совершения движений. Мозжечок играет ключевую роль в аспектах синхронизации как двигательных, так и когнитивных операций, в том числе для решения сложных задач, таких как пространственная навигация. Боковые и задние отделы мозжечка у людей непропорционально расширены по сравнению с обезьянами и коактивируются с корой головного мозга в широком спектре функций, связанных с контролем, поддерживаемых лобно-теменной сетью, включая обработку ошибок, переключение задач и обработку речи (Petersen, S. et.al., 1989).
Какие изменения отмечаются в мозжечке с возрастом?
Мозжечок претерпевает структурные и функциональные изменения с возрастом, участвуя в хрупкости подвижности и связанных с ней когнитивных нарушениях, как это наблюдается при синдроме физиокогнитивного снижения, поражающем пожилых, функционально сохранных взрослых, которые проявляют медлительность и/или слабость. . Уменьшение объема мозжечка сопровождает старение и, по крайней мере, коррелирует с когнитивным снижением. Мозжечково-фронтальная сеть может играть значительную роль в скорости обработки, а нарушение функции мозжечка из-за старения может быть компенсировано увеличением фронтальной активности для оптимизации скорости обработки у пожилых людей.
С какими структурами мозга связан мозжечок?
Мозжечок сообщается с разными структурами мозга и влияет на обработку информации в нескольких его областях, включая кору головного мозга, спинной мозг , вестибулярные ядра и ствол мозга (например, низшие оливковые и понтийные ядра). Входы из спинного мозга и ствола мозга поступают в мозжечок через его нижние ножки. Кроме того, афференты из коры головного мозга (ретранслированные в понтийнные ядра) входят через средние ножки мозжечка и играют роль в балансе тела и движений. Мозжечок "выступает" в мозг и моторную кору через красное ядро и вентролатеральное ядро таламуса. Анатомически мозжечок связан с базальными ганглиями через дисинаптические петли и получает входные сигналы почти из каждой области коры головного мозга.
Какие тракты выходят из мозжечка?
Из мозжечка выходят три тракта: (1) пространство мозжечка - его червь , косвенно , имеет отношение к мосту мозгу и ретикулярной формации; (2) промежуточная зона мозжечка направляется к красному ядру и таламусу; и (3) боковая зона полушарий мозжечка идет по направлению к таламусу. После входа в зрительный бугор ( таламической связи) эти волокна проецируются в разные части коры головного мозга, включая лобную, моторную и теменную области коры. Кортико-понто-мозжечковые и мозжечково-таламо-корковые пути позволяют мозжечку влиять на обработку информации в областях коры, ответственных за когнитивные и эмоциональные процессы. Эти сложные связи между мозжечком и другими структурами объясняют, почему его повреждение приводит к различным психоневрологическим расстройствам.
Какое количество нейронов содержит мозжечок и в чем специфика его цитоархитектуры?
Мозжечок человека содержит почти в четыре раза больше нейронов, чем кора головного мозга (Andersen B., et al., 1992), и заметно отличается от коры во многих отношениях, включая высокую частоту тонической активации главных выходных нейронов ( Manns I., et al., 2004 ), отсутствие аэробного гликолиза (Vaishnavi S., et al., 2010) и более высокую скорость эволюционного расширения по сравнению с корой (в 3-4) (Barton, R. A., & Venditti, C., 2014). Мозжечок уникален своей цитоархитектурой и ролью в адаптивной пластичности.
2.
В патогенез каких психических расстройств вовлечен мозжечок?
Мозжечок вовлечен в патогенез многих психических расстройствах, включая расстройство гиперактивности и дефицита внимания, аутистического спектра, шизофрении, биполярного аффективного расстройства, большого депрессивного расстройства ( рекуррентная депресивное расстройство) и тревожные расстройства. Двигательные, когнитивные и эмоциональные нарушения могут быть вызваны повреждением частей мозжечка, взаимодействущих с двигательной областью, префронтальной корой и лимбической системой соответственно. Некоторые из психических расстройств, например, аутизм, шизофрения, биполярное расстройство и большое депрессивное расстройство, показывают снижение объема в области червя (vermis).
Чем может быть обусловлена связь мозжечка с генезом слуховых и зрительных галлюцинаций?
Поскольку каждая область мозжечка проецирует свое влияние на разные области коры головного мозга и в его средние структуры, разнообразие симптомов указывает на то, что отклонения при каждом из этих расстройств сосредоточены на определенных областях, а не на мозжечке в целом. Это может объяснить широкий спектр симптомов, наблюдаемых при нарушениях , выявленных в мозжечке. Например, сильная связь между областями vbis VIIb и IX и визуальной сетью была отмечена Sang et.al ( 2012) . Известно также, что эта область влияет на кровоток у пациентов с шизофренией, что, в свою очередь, может быть фактором, связанным с визуальными галлюцинациями. То же самое можно сказать и о связи с полушариями VI, VIIb и VIII, которые показывают связь с "слуховой сетью" нейронов и могут объяснить слуховые галлюцинации, имеющих место у некоторых пациентов с шизофренией.
Как изменяется объем мозжечка при синдроме дефицита внимания и гиперактивности на фоне приема стимуляторов психической деятельности?
До сих пор мало что известно о том, как мозг развивается у пациентов с синдромом дефицита внимания и гиперактивности. Однако, при этом расстройстве обнаружено уменьшение объема головного мозга и мозжечка, которые продолжает уменьшаться с возрастом. Для сравнения, изменения объема хвостатого ядра исчезают по мере взросления. Размер червя (vermis) даже может предсказать результаты терапии ( меньшие объемы прогнозировали более плохие результаты). Кроме того, у пациентов с меньшими по размеру дольками червя, вызванных инсультом или другими аномалиями развития, фиксируется плохие концентрация внимания и ориентировка в окружающей среде. В то же время, сегодня мы не можем определить, присутствовали ли аномалии в мозжечке с рождения или развивались во время роста ребенка, и как это сокращение объема связано с причинами дефицита внимания и гиперактивностью.
Как изменяется мозжечок при расстройствах аутистического спектра и какая его симптоматика связана с этими изменениями?
Мозжечок способен влиять на моторную кору и область префронтальной коры, т.е. те области, которые отвечают за моторный контроль и социальное познание, поэтому неудивительно, что поражение мозжечка может вызвать симптомы, наблюдаемые при расстройствах аутистического спектра. Замечено, что уменьшение активности клеток Пуркинье приводит к поведению, подобному поведению больного с аутизмом, включая нарушенные социальные и двигательные формы поведения (Whitney, E. et.al., 2008). Посмертные исследования также показали снижение плотности клеток Пуркинье у пациентов с аутизом. Являясь гамкергическими, клетки Пуркинье влияют на активность тракта " мозжечок-кора", что может объяснить возникновение стереотипных (повторных) движений при аутизме. . Цитоархитектура в остальной части мозжечка остается в основном нетронутой, что позволяет предположить, что клетки Пуркинье развиваются, а затем умирают, а не не развиваются вообще. Снижение активности в ножках мозжечка также связано с более плохими двигательными навыками у пациентов с аутизмом. Существует предположение о дополнительном дефекте в формировании сетей нейронов мозжечка и фронтальной доли при синдроме Аспергера. Эти дефициты могут быть причиной моторных и когнитивных нарушений. Нарушение адаптации социального поведения у пациентов с аутизмом вызвано нарушением путей обратной связи от мозжечка до коры головного мозга. Кроме того, при аутизме выявлены аномально организованные волокна среднего и нижнего стеблей мозжечка ( ножек) , соединяющих его с лобной долей. Это может быть либо прямой причиной, либо следствием изменений в коре головного мозга и ядрах моздечка. Эти патологические изменения объясняют дефицит координации и атаксию при некоторых формах аутизма. Таким образом, можно выделить три основных нарушения мозжечка у пациентов с расстройствами аутистического спектра: уменьшенные в размерах клетки Пуркинье, уменьшение объема мозжечка и нарушения ( разрывы) обратной связи между мозжечком и некторыми областями коры мозга. Поскольку клетки Пуркинье являются ингибирующими по своей природе, недостаток этих клеток уменьшает ингибирование, которое мозжечок направляет в кортикальные и подкорковые области, что приводит к гиперчувствительности этих областей мозга, обнаруженных у большинства детей с аутизмом. Большинство современных исследований мозжечка при аутизме сосредоточено на клетках Пуркинье. Однако было бы полезно понять, как плотность клеток Пуркинье связана с выраженностью симптомов аутизма. В дополнение к потере потере клеток Пуркинье, посмертные исследования людей также сообщают о клеточных изменениях в выходных ядрах мозжечка вместе с проекциями мозжечка в другие области мозга (Palmen, S. et.al., 2004).
Что можно выявить в мозжечке с помощью магнитно-резонасной томографии у маленьких детей?
Структурные исследования магнитно-резонансной томографии у малышей и маленьких детей сообщают о значительно больших объемах мозжечка у субъектов с расстройствами аутистического спектра. Более того, эти объемные различия также наблюдаются в определенных мозжечковых дольках, многие из которых ранее были связаны с когнитивными функциями (Stoodley, C. J., 2014). Одним из постоянных объемных открытий, сообщенных в исследованиях визуализации человека, является гипоплазия заднего червя мозжечка при аутизме, при этом степень потери серого вещества в черве пропорциональна тяжести повторяющегося ( стереотипного) поведения и более низким показателям социального взаимодействия. Исследования визуализации также подтверждают измененную активацию червя при аутизме, с аномальной активацией, связанной с обработкой выражений лица (Wang, A. et.al., 2007).
Какие изменения мозжечка отмечены при шизофрении и как они влияют на ее симптоматику и течение?
В свое время была выдвинута гипотеза, что нарушение связи между лобной корой, таламусом и мозжечком может вызывать «когнитивную дисметрию» у лиц с расстройствами шизофренического спектра (Andreasen N., et al., 1999 ). Анатомические находки здесь включают дефицит серого вещества (Wolfers T., et al., 2018 ), снижение целостности белого вещества (Mamah D., et.al., 2019 ), нарушение связности (Klauser P., et al., 2017 ) и модульность (Kim D., et al., 2014 ) в мозжечке при шизофрении. Структурные исследования изображений головного мозга выявили уменьшение объема мозжечка у больных шизофренией, в частности, объем червя. Изменения объема мозжечка у пациентов с шизофренией связывают: с нарушениями поведения, возникающими в перинатальном периоде; мужским полом, ранним дебютом и манифестацией шизофренией , ее хроническим течением заболевания и клинической картиной с преимуществено позитивными симптомами. Функциональные исследования изображений мозга у пациентов с шизофренией свидетельствуют о снижении кровотока в коре головного мозга и черве мозжечка во время решения многих когнитивных задач, на внимание, память, включая задачи как на краткосрочную, так и на рабочую память и социальную активность.
Какие изменения мозжечка зарегистрированы при биполярном аффективном расстройстве?
Многие исследования демонстрируют изменения мозжечка с уменьшением его объема и атрофией у пациентов с биполярным расстройством. Интересно, что объем V3-красной зоны субрегиона мозжечка значительно снижается у пациентов с множественными эпизодами биполярного расстройства, в то время как объем V2-красной зоны субрегиона меньше у пациентов с множественными эпизодами, чем у пациентов с первым эпизодом. Также было обнаружено, что уменьшение объема мозжечка выражено больше у пациентов редко принимавшими лекарства по сравнению с пациентами, находящимися на активном лечении препаратами в течение длительного периода времени. В исследовании, использующем функциональную магнитно-резонасную томографию у пациентов с резистетным к лечению биполярным расстройством обнаружен повышенный метаболизм глюкозы. Однако неясно, являются ли эти изменения в церебральном кровотоке и метаболизме первичными или вторичными по отношению к биполярному расстройству. Из-за ингибирующего характера активности мозжечка можно ожидать , что активация этой структуры будет уменьшаться во время маниакальных фаз и увеличиваться во время фаз депрессии. Альтернативно, активация из мозжечка может оставаться постоянной, в то время как остальная часть мозга работает как бы "на автомате", пытаясь компенсировать ингибирующую активацию, исходящую из мозжечка.
Какие изменения мозжечка зафиксированы при большом депрессивном расстройстве?
Пациенты с большим ( рекуррентным) депрессивным расстройством показали различные аномалии в мозжечке. Так, Yucel et al. ( 2013) обнаружили значительно меньшую по размерам область червя, ответственную за регулирование эмоций и когнитивных функций у пациентов с этим расстройством. Подобно биполярному расстройству, здесь также сообщалось о меньшем размере мозжечке у пациентов. Явно подавленные пациенты, находящиеся на лечении антидепрессантами показали повышенную активность мозжечка и усиленный кровоток в черве, по сравнению с больными в ремиссии или здоровыми субъектами. Эти данные положительно коррелировали с тяжестью депрессивных эпизодов, выраженностью когнитивных дефицитов и резистентностью к антидепрессантам. Аномальные связи между мозжечком и лобной долой также обнаружены у пациентов с тяжелой депрессией и которые были устойчивы к лечению (известны подобные сообщения о депрессии в пожилом и старческом возрасте). В целом, исследования мозжечка при большом депрессивном расстройстве показали уменьшение объема мозжечка, увеличение его активности и нарушение связей с корой мозга. Кроме того, это сокращение мозжечка типичное для некоторых пациентов , по-видимому, сосредоточено на регионе червя , области, которая принимает активное участие в процессах , связанных с вниманием, которое также нарушается и у пациентов с рекуррентным расстройством. Эта область также нарушается у биполярных пациентов, у которых наблюдается дефицит внимания. В некоторых исследованиях было обнаружено, что изменения в активности мозжечка не связаны с изменениями настроения при депрессии.
Как изменения активности мозжечка выявлены при расстройствах тревожного спектра?
В литературе сообщается о нарушениях функций мозжечка при тревожных расстройствах , что может быть связано с увеличением возбуждения при посттравматическом стрессовом расстройстве, генерализованном тревожном расстройстве и социальном тревожном расстройстве. Так, исследование , проведенное с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT) Bonne et al.( 2003) выявило повышенную активность мозжечка при повторном травматическом событии у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством. Гиперчувствительность мозжечка положительно коррелировала с повышенным артериальным давлением и частотой сердечных сокращений, указывая на возможную роль мозжечка в регуляции симпатической активности, что может объяснить его роль в патогенезе тревожных расстройств. Исследования пациентов с паническим расстройством выявили значительные изменения уровни метаболизма глюкозы в мосту, среднем мозге, таламусе, гиппокампе, миндалине и мозжечке.
3.
Как терапия психических расстройств влияет на размеры, структуру и функции мозжечка?
Было обнаружено, что мозжечок ассоциируется не только с симптомами различных психических и неврологических расстройствах, но также с особенностями фармакологической и когнитивно - поведенческой терапии. Отмечено, что уменьшение объема мозжечка не связано с лечением аутизма психостимуляторами. Напротив , у пациентов, получающих лечение стимуляторами, отмечается больший общий объем мозжечка, который превышает размеры мозжечка детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности, не принимавших стимуляторы.
Как антипсихотики влияют на функциональную активность мозжечка?
Исследования, касающиеся роли мозжечка в генезе моторных побочных эффектах, наблюдаемых у пациентов с шизофренией, на фоне терапии антипсихотическими препаратами, ограничены. Одно исследование показало снижение активности мозжечка у больных шизофренией с симптомами акатизии во время лечения оланзапином, однако не известно, как изменения функции мозжечка могут привести к этому осложению терапии нейролептиками. Если меньший объем мозжечка при аутизме может как-то объяснить уменьшением числа клеток Пуркинье, то, количество клеток Пуркинье не отличаются у здоровых людей и пациентов с шизофренией. Это означает, что уменьшение объема мозжечка при шизофрении, возможно, связана с уменьшением или отсутствием различных его частей.
Выводы
Мозжечок создает модели и способствует автоматическому поведению посредством множества взаимодействий с корой головного мозга, базальными ганглиями и спинным мозгом.
Уменьшение объема мозжечка выявлено при синдроме дефицита внимания и гиперактивности
Некоторые из психических расстройств, например, аутизм, шизофрения, биполярное расстройство и большое депрессивное расстройство, показывают уменьшение объема червя (vermis) мозжечка.
Поскольку каждая область мозжечка проецирует свое влияние на разные регионы коры головного мозга и его средние структуры, разнообразие симптомов указывает на то, что отклонения при каждом из психических расстройств сосредоточены на определенных областях, а не на мозжечке в целом.
Литература
Andersen BB, Korbo L, and Pakkenberg B (1992). A quantitative study of the human cerebellum with unbiased stereological techniques. J Comp Neurol 326, 549–560.
Andreasen, N. C., Nopoulos, P., O’Leary, D. S., Miller, D. D., Wassink, T., & Flaum, M. (1999). Defining the phenotype of schizophrenia: cognitive dysmetria and its neural mechanisms. Biological psychiatry, 46(7), 908-920.
Barton, R. A., & Venditti, C. (2014). Rapid evolution of the cerebellum in humans and other great apes. Current Biology, 24(20), 2440-2444.
CL Herrick (1891). Эволюция мозжечка. Science 18 : 188-189.
Kebschull J., et.al. Cerebellum Lecture: the Cerebellar Nuclei—Core of the Cerebellum. Cerebellum. 2024; 23(2): 620–677.
Kim, D. J. , Kent, J. S. , Bolbecker, A. R. , Sporns, O. , Cheng, H. , Newman, S. D. , … Hetrick, W. P. (2014). Disrupted modular architecture of cerebellum in schizophrenia: A graph theoretic analysis. Schizophrenia Bulletin, 40(6), 1216–1226.
Klauser, P. , Baker, S. T. , Cropley, V. L. , Bousman, C. , Fornito, A. , Cocchi, L. , … Zalesky, A. (2017). White matter disruptions in schizophrenia are spatially widespread and topologically converge on brain network hubs. Schizophrenia Bulletin, 43(2), 425–435.
Mamah, D. , Ji, A. , Rutlin, J. , & Shimony, J. S. (2019). White matter integrity in schizophrenia and bipolar disorder: Tract‐ and voxel‐based analyses of diffusion data from the Connectom scanner. Neuroimage Clinical, 21, 101649 10.
Manns ID, Sakmann B, and Brecht M (2004). Sub- and suprathreshold receptive field properties of pyramidal neurones in layers 5A and 5B of rat somatosensory barrel cortex. J Physiol 556, 601–622
Palmen, S. J., van Engeland, H., Hof, P. R., & Schmitz, C. (2004). Neuropathological findings in autism. Brain, 127(12), 2572-2583.
Petersen, S. E., Fox, P. T., Posner, M. I., Mintun, M., & Raichle, M. E. (1989). Positron emission tomographic studies of the processing of singe words. Journal of cognitive neuroscience, 1(2), 153-170.
Stoodley, C. J. (2014). Distinct regions of the cerebellum show gray matter decreases in autism, ADHD, and developmental dyslexia. Frontiers in systems neuroscience, 8, 92.
Timmann, D., Drepper, J., Frings, M., Maschke, M., Richter, S., Gerwig, M. E. E. A., & Kolb, F. P. (2010). The human cerebellum contributes to motor, emotional and cognitive associative learning. A review. Cortex, 46(7), 845-857.
Wang, A. T., Lee, S. S., Sigman, M., & Dapretto, M. (2007). Reading affect in the face and voice: neural correlates of interpreting communicative intent in children and adolescents with autism spectrum disorders. Archives of general psychiatry, 64(6), 698-708.
Whitney, E. R., Kemper, T. L., Bauman, M. L., Rosene, D. L., & Blatt, G. J. (2008). Cerebellar Purkinje cells are reduced in a subpopulation of autistic brains: a stereological experiment using calbindin-D28k. The Cerebellum, 7, 406-416.
Wolfers, T. , Doan, N. T. , Kaufmann, T. , Alnaes, D. , Moberget, T. , Agartz, I. , … Marquand, A. F. (2018). Mapping the heterogeneous phenotype of schizophrenia and bipolar disorder using normative models. JAMA Psychiatry, 75(11), 1146–1155.
Vaishnavi, S. N., Vlassenko, A. G., Rundle, M. M., Snyder, A. Z., Mintun, M. A., & Raichle, M. E. (2010). Regional aerobic glycolysis in the human brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(41), 17757-17762.
Добавить комментарий