Трактография при шизофрении

1.

Какие структуры мозга соединяет средний продольный пучок волокон?

Средний продольный пучок (MdLF) — это длинное ассоциативное волокно, соединяющее верхнюю височную извилину (STG) и височный полюс с угловой извилиной (AG) (в частности, с нижней теменной долькой ) через белое вещество STG (Makris, N., & Pandya, D. N., 2009)., структуры, которые, как известно, играют решающую роль в патологии шизофрении. Последние исследования диффузионного тензорногоизображения (DTI) показали, что MdLF соединяет не только STG и височный полюс с AG, но также верхнюю теменную дольку и затылочные области (Wang, Y., et.al., 2012).  STG включает территорию Вернике, а AG включает территорию Гешвинда (Catani M., et al., 2005 ). 

Где расположен поясной пучок волокон? 

Поясная связка ( цингулярная) является важнейшей структурой белого вещества в лимбической системе. Она находится под поясной извилиной и проходит над мозолистым телом и отвечает за связь между неокортексными областями и лимбической системой. Она также соединяет лимбическую систему с подкорковыми областями серого вещества.

Какие части выделяют в верхнем продольном пучке волокон? 

Верхний продольный пучок (SLF) — еще одна важная структура белого вещества. Он разделен на четыре части, которые соединяют область лобной доли и покрышки с верхней частью теменной доли (SLF I) и угловой извилиной (SLF II), а также надкраевую извилину (SLF III) с верхней височной извилиной (SLF IV). Четвертая часть верхнего продольного пучка также называется дугообразным пучком. Он соединяет зону Вернике (зону Бродмана 22) и зону Брока (зоны Бродмана 44 и 45).

Какой пучок волокон соединяет височную долю с затылочной?

Основным ассоциативным волокном, соединяющим височную долю с затылочной долей, является нижний продольный пучок. Считается, что он участвует во многих важных функциях мозга из-за областей, которые он соединяет. Эта структура отвечает за распознавание объектов и других людей, она участвует в процессе зрения и важна при чтении и понимании текста. Кроме того, она отвечает за зрительную память и участвует в контроле эмоциональных процессов (Herbet, G., et.al., 2018).  

Какие функции реализуются с помощью цингулярной связки? 

Поясной пучок волокон играет важную роль в контроле выражения эмоций, внимания, мотивации и рабочей памяти.

Какие функции реализуются с помощью аркуатной связки? 

Активность аркуатного пучка волокон связана со многими ключевыми функциями, необходимыми в повседневной жизни, такими как речь, использование инструментов, опережающее мышление и эмпатия. Он также участвует в контроле пространственных и зрительных функций, двигательных навыков, процесса слушания и понимания того, что человек слышит и читает (Chawla, N.,et.al., 2019). 

С реализацией каких функций связан средний продольный пучок?

Считается, что функции MdLF связаны с речью и обработкой мыслей в левом полушарии и с вниманием в правом полушарии, а также со слуховыми ассоциациями высокого порядка, зрительно-пространственным вниманием, аудиовизуальной интеграцией и слуховой пространственной информацией. Когда человек слышит повествовательные слова, область Вернике сопоставляет звуки с их значением, и считается, что специальные нейроны в территории Гешвинда помогают, объединяя множество различных свойств слов (например, звук, вид и значение), чтобы достичь полного понимания. Напротив, когда человек говорит, процесс происходит в обратном порядке, то есть находятся правильные слова, соответствующие мысли, которая должна быть выражена в зоне Вернике, а затем выбранные слова отправляются в зону Брока через дугообразный пучок или, возможно, по более окольному пути через территорию Гешвинда (Carlson NR., et.al., 2003).  Кроме того, считается, что как STG, так и AG играют важную роль в понимании повествовательной речи, вербальной памяти и социальном познании.

2.

Какие измененения фракционной анизотропии фиксируются в правом и левом средних продольных пучках при шизофрении? 

Пациенты с хронической шизофренией имеют значительное снижение среднего фракционной анизотропиии (FA) в двустороннем MdLF. FA левого MdLF показывает отрицательную связь с фактором дезорганизованные мысли, а FA правого MdLF (также увеличение радиальной диффузии, и отсутствие изменений в аксиальной диффузии) обратно коррелирует с плохим вниманием (Asami T., et.al., 2013). Аномалии в STG и AG в левом полушарии связаны с более выраженными симптомами дезорганизации мышления, бредом и слуховыми галлюцинациями (Wible, C. et.al., 2009).  Таким образом, эти изменения  могут отражать аномалии миелина (потерю миелина, дегенерацию, демиелинизацию), а не повреждения мембраны аксонов. Пациенты с шизофренией показали менее кластерное расположение олигодендроцитов в лобной доле именно там, где исследования функциональной визуализации продемонстрировали гипофронтальность. У пациентов с шизфоренией другие авторы наблюдали значительное увеличение радиальной диффузии (RD) и следа (TR) в левых таламо-затылочных трактах и ​​правом крючковидном пучке, а также значительное увеличение RD в правом среднем продольном пучке (MDLF) и правом верхнем продольном пучке ii (Sung Woo Joo et.al., 2018).   Изменения значений индексов диффузии были описаны в нижнем продольном пучке с правой стороны , правом дугообразном пучке и левом крючковидном пучке. Сниженные значения FA в мозолистом теле, верхнем продольном пучке и крючковидном пучке были обнаружены у нелеченных пациентов с диагнозом дефицитарного синдрома

Какие изменения фракционной анизотропии и радиальной диффузии обнаруживаются в поясном пучке волокон при шизофрении? 

Снижение фракционной анизотропиии (FA) и увеличение радиальной диффузии (RD) в поясном пучке волокон у пациентов с шизофренией хорошо описаны в литературе. Более того , изменения в этой структуре белого вещества наблюдались уже во время первого психотического эпизода и у пациентов с высоким риском психоза (Fitzsimmons J, et.al., 2020).  

Как меняются фракционная анизотропия и и радиальная диффузия при слуховых галлюцинациях у больных шизофренией? 

 При шизофрении в верхнем продольном пучке волокон наблюдается снижение FA. Изменения значений RD и FA положительно коррелируют со слуховыми галлюцинациями. Снижение AD в дугообразном пучке было отмечено у здоровых членов семей пациентов, страдающих шизофренией (Kubicki M, et.al., 2013). Слуховые галлюцинации могут быть вызваны нарушениями целостности нижнего продольного пучка, что может быть объяснено снижением FA, обнаруженным с левой стороны у пациентов с галлюцинациями. Также сообщалось об общем снижении FA у пациентов с шизофренией. 

Какие изменения обнаруживаются в мозолистом теле у больных с хронической шизофренией?

Снижение FA в мозолистом теле положительно коррелирует с длительностью заболевания шизофрение, причем , оказалось, что  эти изменения чаще встречаются в корпусе, а не в колене мозолистого тела. В этой области также были обнаружены увеличения MD и RD (Koshiyama, D., et.al., 2020). При хронической шизофрении также было отмечены снижение FA в передней части мозолистого тела (Whitford, T., et.al., 2010).

К чему приводит аномальная гиперактивация серого вещества при шизофрении? 

В литературе можно встретить сообщения о связях между показателями дезорганизации и метаболизмом глюкозы или мозговым кровотоком в левых задних височных областях и нижних теменных областях (Kaplan R, et.al., 1993). При шизофрении исследования функциональной нейровизуализации продемонстрировали положительные ассоциации между аномальной гиперактивацией в сером веществе и позитивными симптомами. Аномальная гиперактивация, другими словами, частые срабатывания потенциала действия в регионах серого вещества, могут приводить к увеличению FA в белом веществе, соединяющем эти регионы серого вещества. Это может выглядеть как положительные ассоциации между FA и позитивными симптомами (например, бредом). С точки зрения когнитивной дисфункции и негативных симптомов они, как считалось, связаны с гипоактивностью в определенных регионах мозга (Buchsbaum MS, Hazlett EA., 1998). Более низкая частота срабатывания потенциала действия может приводить к снижению FA в белом веществе, соединяющем эти регионы серого вещества. Это может выглядеть как отрицательная ассоциация между FA и когнитивной дисфункцией, включая дезорганизованные симптомы и негативные симптомы. В то время как симптомы (активность мозга) могут влиять на нейронную пластичность и FA, целостность белого вещества и FA также подвержены влиянию генетических эффектов при шизофрении (Tkachev D, et.al., 2003)

3.

Как антипсихотики влияют на  белое вещество мозга?

В некоторых отчетах обсуждается влияние нейролептиков на целостность белого вещества. Исследования показывают, что атипичные нейролептики могут оказывать нейропротекторное действие. У ранее не леченных пациентов, переживших свой первый эпизод заболевания, которые прошли 6 недель терапии амисульпридом, обнаружены нормализованные индексы диффузии. Эти результаты указывают на то, что препараты, влияющие на дофамин могут оказывать ремиелинизирующий эффект и могут оказывать защитное действие на олигодендроциты, что наблюдалось в случае терапии арипипразолом (Ren Y, et.al., 2013). У пациентов с лекарственной устойчивостью к антипсихотикам, по сравнению с пациентами, которые хорошо реагируют на эти препараты, снижены значения FA во многих путях белого вещества (например, лучистый венец, мозолистое тело, внутренняя капсула, верхний продольный пучок или дугообразный пучок) (Ochi, R., et.al., 2020). Однако увеличение значения RD наблюдалось в мозолистом теле, внутренней и внешней капсуле и правом нижнем продольном пучке, что может сделать использование других методов биологической терапии более эффективным. 

Выводы

Средний продольный пучок - длинное ассоциативное волокно, соединяющее верхнюю височную извилину и височный полюс с угловой извилиной; этот пучок волокон связан с речью и обработкой мыслей в левом и с вниманием в правом полушарии

Верхний продольный пучок разделен на четыре части, которые соединяют область лобной доли и покрышки с верхней частью теменной доли и угловой извилиной, а также надкраевую извилину с верхней височной извилиной; четвертая часть верхнего продольного пучка также называется дугообразным пучком.

Цингулярная связка отвечает за связь между неокортексными областями и лимбической системой

У больных хронической шизофренией снижена фракционная анизотропия в среднем продольном пучке, причем ее величина в левом полушарии обратно пропорциональна дезорганизации мышления, выраженности бреда и слуховых галлюцинаций , а в правом - с нарушением внимания

При шизофрении в цингулярной связки отмечается снижение FA и увеличение RD

Литература

Asami T., et.al. Abnormalities of Middle Longitudinal Fascicle and Disorganization in Patients with Schizophrenia. Schizophr Res. Schizophr Res. 2013 Feb; 143(2-3): 253–259.

Buchsbaum MS, Hazlett EA. Positron emission tomography studies of abnormal glucose metabolism in schizophrenia. Schizophrenia bulletin. 1998;24(3):343–364. 

Kaplan RD, Szechtman H, Franco S, Szechtman B, Nahmias C, Garnett ES, List S, Cleghorn JM. Three clinical syndromes of schizophrenia in untreated subjects: relation to brain glucose activity measured by positron emission tomography (PET) Schizophrenia research. 1993;11(1):47–54

Carlson NR. Physiology of Behavior (Japanese language edition) 8th ed Maruzen Co., Ltd; Tokyo: 2003. 

Catani, M., Jones, D. K., & Ffytche, D. H. (2005). Perisylvian language networks of the human brain. Annals of Neurology: Official Journal of the American Neurological Association and the Child Neurology Society, 57(1), 8-16.

Chawla, N., Deep, R., Khandelwal, S. K., & Garg, A. (2019). Reduced integrity of superior longitudinal fasciculus and arcuate fasciculus as a marker for auditory hallucinations in schizophrenia: A DTI tractography study. Asian journal of psychiatry, 44, 179-186.

Fitzsimmons J, Rosa P, Sydnor VJ, Reid BE, Makris N, Goldstein JM, et al. Cingulum bundle abnormalities and risk for schizophrenia. Schizophr Res. 2020;215:385–391

Herbet, G., Zemmoura, I., & Duffau, H. (2018). Functional anatomy of the inferior longitudinal fasciculus: from historical reports to current hypotheses. Frontiers in neuroanatomy, 12, 77.

Koshiyama, D., Fukunaga, M., Okada, N., Morita, K., Nemoto, K., Usui, K., ... & COCORO. (2020). White matter microstructural alterations across four major psychiatric disorders: mega-analysis study in 2937 individuals. Molecular psychiatry, 25(4), 883-895.

Kubicki M, Shenton ME, Maciejewski PK, Pelavin PE, Hawley KJ, Ballinger T, et al. Decreased axial diffusivity within language connections: a possible biomarker of schizophrenia risk. Schizophr Res. 2013;148(1–3):67–73

Makris, N., & Pandya, D. N. (2009). The extreme capsule in humans and rethinking of the language circuitry. Brain Structure and Function, 213, 343-358.

Ochi, R., Noda, Y., Tsuchimoto, S., Tarumi, R., Honda, S., Matsushita, K., ... & Nakajima, S. (2020). White matter microstructural organizations in patients with severe treatment-resistant schizophrenia: a diffusion tensor imaging study. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 100, 109871.

Ren Y, Wang H, Xiao L. Improving myelin/oligodendrocyte-related dysfunction: a new mechanism of antipsychotics in the treatment of schizophrenia? Int J Neuropsychopharmacol. 2013;16(3):691–700. 

Sung Woo Joo et.al. Altered white matter connectivity in patients with schizophrenia: An investigation using public neuroimaging data from SchizConnect. PLoS One. 2018; 13(10): e0205369

Tkachev D, Mimmack ML, Ryan MM, Wayland M, Freeman T, Jones PB, Starkey M, Webster MJ, Yolken RH, Bahn S. Oligodendrocyte dysfunction in schizophrenia and bipolar disorder. Lancet. 2003;362(9386):798–805.

Wang, Y., Fernández-Miranda, J. C., Verstynen, T., Pathak, S., Schneider, W., & Yeh, F. C. (2013). Rethinking the role of the middle longitudinal fascicle in language and auditory pathways. Cerebral cortex, 23(10), 2347-2356.

Whitford, T. J., Kubicki, M., Schneiderman, J. S., O'Donnell, L. J., King, R., Alvarado, J. L., ... & Shenton, M. E. (2010). Corpus callosum abnormalities and their association with psychotic symptoms in patients with schizophrenia. Biological psychiatry, 68(1), 70-77.

Wible, C. G., Preus, A. P., & Hashimoto, R. (2009). A cognitive neuroscience view of schizophrenic symptoms: abnormal activation of a system for social perception and communication. Brain imaging and behavior, 3, 85-110.