Зачем психиатру магнитно-резонансная томография ?

Введение

Какое значением имеет магнитно - резонансная томография в психиатрии?

 Маркеры структурной и функциональной магнитно-резонансной томографии могут быть особенно информативными и полезными для распознавания психических расстройств, оценки их последствий, выявления мишеней для лечения и новых способах преодоления резистентности к терапии, понимания механизмов действия препаратов и мониторинга безопасности и эффективности лечения. Вероятно, наибольший шанс успешного применения функциональной магнитно-резонансной томографии в психиатрии заключается в поиске оптимальных и комплексных вариантов фармакотерапии, психотерапии и физиотерапии психических расстройств.

Терминология

Какую информацию для психиатра предоставляет структурная визуализация мозга при психических расстройствах? 

"Структурная магнитно- резонансная томография" (MRI) предоставляет информацию о типе ткани головного мозга (серое вещество (GM) и белое вещество (WM)), из которой часто выделяются при психических расстройствах биологические. 

Какие физические процессы используются при "диффузионной тензорное визуализации мозга"? 

"Диффузионная тензорная визуализация" (DTI) фиксирует диффузию молекул воды для отражения направленной микроструктуры внутри белого вещества мозга (WM )и дополняет недостающую информацию об ориентации в его структурных изображениях. 

Какие современные тенденции оценки функциональной активности мозга при психических расстройствах?

 Исследования функциональной визуализации мозга сместили фокус с изучения его региональной активации на более глобальную активацию сетей нейронов и взаимодействие различных структур мозга между собой. Сегодня функциональная визуализация мозга активно использует подходы машинного обучения для диагностики, прогнозирования и направлена на идентификацию многомерных, различных по своей значимости биологических маркеров, основанных на функциональной активности мозга (Parkes L, et.al., 2020). 

Что такое "эндофенотип" и в чем его преимущество для врача по сравнению с оценкой симптомов психических расстройств? 

В отличие от внешних признаков психического расстройства, показатели, полученные с помощью магнитно-резонансной томографии, были предложены в качестве «эндофенотипа» - или маркера, более тесно связанного с повреждением мозга Такие маркеры могут иметь более простую генетическую архитектуру и быть более полезными для выявления причин и механизмов возникновения  психического расстройства по сравнению с его клиническими симптомами (фенотипами поведения). Эти "эндофенотипы" мозга позволяют определить причинно-следственные связи между разными по своей природе симптомами ( нарушения настроения, мышления , поведения и др.)  и биологическими, например, генетическими или нейрофизиологическими факторами, связанными с психическим расстройством (Holland, D.,et.al., 2020). Последние исследования фокусируются на тестировании специфических генетических маркеров , известных как гены - кандидаты ассоциированные с "эндофенотипом". Структурные параметры мозга могут быть использованы в процессах его исследования при психических расстройствах. Сегодня можно считать доказанным влияние генотипа на объем мозга при большинстве тяжелых психических расстройств.

История 

С помощью каких методов врачи первоначально выявляли повреждения структур и функциональной активности мозга при психических расстройствах? 

 Исследования структурно-функциональных особенностей работы мозга, начались с использованием электроэнцефалографии, далее компьютерной томографии, а затем магнитно-резонансной томографии, которые продемонстрировали, что существуют структурные и функциональные различия в мозге при большинстве психических расстройствах. Позже к этим методам исследования присоединились функциональная магнитно-резонансная томография и позитронная-эмиссионная томография. 

Психиатрам не интересны результаты магнитно - резонансной томографии мозга

Почему на простом снимке магнитно-резонансной томографии практически нет диагностических маркеров психических расстройств?

Психиатру простой снимок магнитно-резонансной томографии даже с напряженностью магнитного поля 3 тесла ничего не покажет по нескольким причинам. 

1) Скорее всего, вы не встретите психиатра  ( может он где-то и есть, конечно, просто вам в этом плане не повезло), который способен что-то сделать с диском, на котором записана информация о радиологическом исследовании, а тем более разглядеть там те структуры мозга ( знать бы какие?) , которые поражаются при психических расстройствах.

 2) Если в описании, а тем более в заключении радиолога (они иногда и расходятся у невнимательных специалистов) нет указаний на грубую органику: опухоль мозга, кисту, последствия перенесенного энцефалита или менингита, расширения желудочков мозга или  пространств около сосудов и между оболочками мозга, или обнаружении кисты (или мега цистерны магна) за мозжечком или других грубых аномалий ( врожденных или приобретенных, например, во время или после родов, черепно-мозговых травм или инсультов), очагов белого вещества ( подозрение на последствия микро-инсультов или рассеянного склероза) , то психиатр на вопрос пациента: что на его снимке , ответ "там ничего нет" ( "а , что искали" , как  будто и мозга также нет ) 

 3) При психических расстройствах невозможно с помощью обычной и даже современной магнитно-резонансной томографии ( без особых программ) подтвердить или опровергнуть диагноз психиатра, который поставлен не на основании объективных исследований, а по произвольным (субъективным) критериям классификаций статистических руководств по психическим расстройствам. 

4) Психиатра не обучают интерпретации результатам магнитно-резонансной томографии (и их трансляции в клинику) при психоневрологических расстройствах

5) Психиатрам , которые назначают психотропные препараты по стандартам не нужно для лечения психических расстройств знать, что происходит с мозгом?!

Психиатр должен хорошо знать не только анатомию мозга, но и основы современной структурной и функциональной визуализации ( изображений) мозга конкретного больного с психическим расстройством?

Структурная визуализация мозга 

Почему психиатра важно оценить связи между структурами мозга и их размеры?

Для квалифицированного психиатра важно не просто увидеть структуры мозга , а знать как можно больше о связях между ними (иметь представление о трактах или пучках волокон , соединяющих соединяющих разные регионы мозга) и размеры этих структур ( все это можно увидеть только при структурной визуализации мозга ( диффузионного тензорного изображения). Однако, если вы даже где-то самостоятельно попытаетесь пройти это исследование , то во - первых , не получите правильно составленного направления на такое исследование ( ему должны предшествовать хотя-бы электроэнцефалография и нейропсихологическое исследование) той информации, которая будет чем-то полезна квалифицированному врачу , ведь важно знать какие пучки волокон и сколько ( по моему опыту как минимум 12) надо смотреть или измерять размеры тех или иных структур мозга (по моему опыту, как минимум 10) у конкретного пациента ( персональный подход к пациенту , о котором большинство психиатров давно забыло). Кроме того , важно транслировать результаты таких исследований в клиническую практику , чтобы понять как лечить нашего пациента , что также требует особой квалификации врача. 

Функциональная визуализация мозга

Какие методы исследования можно отнести к методам функциональной визуализации мозга? 

Сегодня к методам исследования функции мозга (функциональная визуализация мозга) относят электроэнцефалографию, вызванные потенциалы, магнитную энцефалографию, позитронная-эмиссионная томография и исследования спина артерии. К сожалению, в практику работы врача психиатра еще не вошла в полной мере функциональная магнитно-резонансная томография, как в состоянии покоя, так и на основе решения задач. Потенциальные нейронные маркеры негативных симптомов были идентифицированы в исследованиях функциональной магнитно-резонансной томографии ранней (дебют и первая манифестация) и хронической шизофрении, но результаты здесь варьируются в зависимости от особенностей симптомов, причем, несоответствия в рамках разных теоретических концепций, лежащих в основе оценки негативных симптомов, препятствуют прогрессу в этой области визуализации мозга (Shaffer J., et.al., 2015). Напротив, оценка когнитивных нарушений на основе решения задач сыграла важную роль в оценке функций мозга в режиме реального времени. 

С помощью каких методов функциональной визуализации мозга можно отследить сеть нейронов в покое?

Для психиатра важна не только структурная визуализация мозга , но и функциональная магнитно-резонансная томография ( особенно, "сеть режима по умолчанию) и позитронная - эмиссионная томография, а также магнитно-резонансная спектроскопия, поскольку при психических расстройствах обычно поражаются нейронные сети ( цепи) , а не большие структуры мозга  и врачу надо смотреть "метаболический портрет" мозга)

История 

Какие методы функциональной визуализации мозга стали использоваться в XXI веке?

Методы функциональной визуализации мозга включают электрофизиологические (электроэнцефалография), электромагнитные (магнитную-энцефалографию) методы исследования, потенциалы, связанные с событиями (вызванные потенциалы) (ERP), и гемодинамические методы (например, функциональная магнитно-резонансная томография). Последние основаны на способности отслеживать эффекты активности нейронов на энергетические потребности разных регионов мозга путем измерения компонентов "метаболической цепи", таких как скорости потребления глюкозы и кислорода, которые изменяют мозговой кровоток. За последние 25 лет также продолжали совершенствоваться и другие методы визуализации мозга: метод ксенона-133 для измерения мозгового кровотока (Anderson R.,., 1996 ); одно -фотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT) для изучения мозгового кровотока и рецепторов нейронов (Mariani G., et al., 2010); магнитно-резонансная спектроскопия (Ende G., 2015); позитронная-эмиссионная томография для оценки метаболизма, мозгового кровотока и функционирования рецепторов (Cabeza R. & Nyberg L, 1997 , 2000). 

Что показали первые исследования магнитно-резонансной томографии в области развития мозга? 

Первоначальные исследования магнитно-резонансной томографии детей были сосредоточены на анатомии и задокументировали увеличение общего объема мозга от рождения до примерно 3 лет, за которым последовало уменьшение объема серого вещества, связанное с обрезкой аксонов, и увеличение объема белого вещества, связанное с образованием миелина .Современные подходы функциональной магнитно-резонансной томографии  позволили психологам и когнитивным биологам, работающим с нервной системой, измерить когнитивные и нейронные процессы, связанные с развитием подростков. Мозг, в частности кора лобной доли, претерпевает длительное анатомическое развитие в подростковом возрасте. Эти изменения сопровождаются улучшением в нескольких когнитивных областях, включая принятие решений, когнитивный контроль, торможение реакции и социальное познание.

Функциональная магнитно-резонансная томография

Что из себя представляет функциональная магнитно-резонансная томография и какой механизм лежит в ее основе? 

Функциональная магнитно-резонансная томография имеет несколько вариантов, все из которых основаны на изменениях магнитных свойств крови, зависящих от степени ее насыщения кислородом. Энергетические потребности активированных нейронов, которым требуются глюкоза и кислород, переносимые артериальной кровью, вызывают локальное увеличение мозгового кровотока, и эта кровь сильно насыщается кислородом, поскольку достигает мозга прямо из легких. Последовательности сканирования, чувствительные к контрасту, зависящему от уровня оксигенации крови (BOLD), применяются в быстрой последовательности во время решения той или иной задачи и на исходном уровне, причем, различия между блоками активации - контрасты между активными и контрольными состояниями - могут использоваться для составления карт функциональной активности мозга (Bandettini, P. A., et.al., 1992). Важный вариант этой томографии - измерение церебральной перфузии на основе артериальной спиновой маркировки (ASL), позволяет количественно измерять мозговой кровоток в определенных (физиологических) единицах. 

Чем полезна функциональная магнитно-резонансная томография для неврологов, психиатров и нейрохирургов? 

В настоящее время клиническая функциональная магнитно-резонансная томография имеет два основных применения: 1) создание не инвазивных маркеров функции мозга для классификации и мониторинга неврологических и психиатрических пациентов и 2) предоперационное планирование для хирургического вмешательства, которое может повлиять на двигательные, речевые функции и память (очаг эпилепсии, опухоль мозга и др.). Однако, по общему признанию, изменение сигнала функциональной магнитно-резонансной томографии невелико, и для отделения сигнала от шума необходимы сложные статистические анализы. Выяснение сетей состояния покоя, вовлеченных во внимание и познание актуально для нейропсихологии. К ним относятся дорсальные и вентральные сети внимания; первые участвуют в исполнительном контроле внимания, а вторые помогают в обнаружении существенных сигналов. Кроме того, лобно-теменная контрольная сеть и поясная-покрышечная сеть нейронов, по-видимому, участвуют в функциях более высокого порядка, таких как принятие решений и выполнение целенаправленных задач соответственно (Power, J.et.al., 2011). 

Почему структурную визуализацию мозга надо сочетать с функциональной?

Использование сложных методов магнитно- резонансной томографии для локализации структуры (например, диффузионное-тензорное изображение) вместе с функцией (например, функциональная магнитно-резонансная томография) откроет новые пути к пониманию того, как взаимодействуют структурные и функциональные архитектуры мозга.  Кроме того, объединение функциональных методов, таких как позитронной-эмиссионной томографии и функциональная магнитно-резонансная томографии, позволит одновременно получать многофункциональные данные, включая захват трассера, функциональную магнитно-резонансную томографию и магнитно-резонансную спектроскопию. Эта комбинированная техника представляет особый интерес для получения изображений мозга при деменции, где позитронной-эмиссионная томография-трейсеры для бета-амилоида и тау обеспечивают точную локализацию нейропатологического инсульта, в то время как магнитно- - резонансная томография может измерять как структуру, так и функцию мозга.  

Какие сканеры можно считать оптимальными для проведения функциональной магнитно-резонансной томографии? 

Первые исследования в области функциональной магнитно- резонансной томографии были достигнуты с использованием сканеров магнитно-резонансной томографии 1,5 Тесла и одно- или многоканальных головных, или поверхностных катушек.  Несмотря на то, что сканеры 1,5 Тесла продолжают использоваться, сканеры 3 Тесла стали нормой за последние 10 лет. Эти сканеры более мощные и предлагают улучшенную скорость и качество получения данных. Соотношение сигнал/шум значительно улучшено, что напрямую влияет на возможность получения высококачественных BOLD-функциональных вариантов. Кроме того, значительные достижения в области приемных катушек улучшили пространственное разрешение и скорость получения. 

В чем недостатки магнитно-резонансной томографии с высокой напряженностью магнитного поля? 

Сегодня сканеры 7 Тесла становится все более распространенным и пригодны для дополнительного повышения чувствительности и специфичности. К сожалению, более сильные магниты приводят и к более заметным артефактам восприимчивости, которые могут негативно влиять на контрасты функциональной магнитно-резонансной томографии. Необходимо соблюдать осторожность при высоких и сверхвысоких полях, чтобы гарантировать, что параметры получения данных используют преимущества улучшенной скорости и качества, одновременно смягчая потенциальные артефакты. . В ближайшем будущем станут доступны системы 12T и, возможно, даже 20T, предлагающие возможность разглядеть особенности с разрешением около 0,1 миллиметра (текущие 3T могут захватывать около 1 мм). В настоящее время использование 7T хорошо переносится и обеспечивает более высокую функциональную чувствительность в клинических исследованиях, включая предоперационное планирование, а также возможностью определения специфических маркеров при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, рассеянном склерозе, эпилепсии и поражениях головного мозга (Roalf D., Gur R., 2017).  Кроме того, это даст позволяет получить качественное представление о системах трансмиттерах мозга, которое нельзя получить при более низких напряженностях поля. 

В чем сходства и различия активации мозга у детей, подростков и взрослых?

Комплексный мета-анализ 52 исследований активации мозга обнаружил различные варианты активации у детей и подростков по сравнению со взрослыми при выполнении определенных задач (например, числовых задач; исполнительной функции), в то время как вариантыактивации были схожи во время выполнения других задач (например, чтения) (Houdé, O., et.al., 2010). Таким образом, похоже, что производительность, подобная взрослой, у подростков требует более напряженного внимания и, следовательно, опоры на незрелые префронтальные корковые структуры. . То есть зависимость от неэффективной системы может изменить формы активации мозга из-за длительных или расширенных вычислительных процессов, что приводит к различным вариантам активации функциональной магнитно-резонансной томографии в процессе развития нервной системы.

Что такое эффект "BOLD"? 

Эффект BOLD представляет собой важный инструмент для составления карт функциональной активности мозга, однако он не измеряет нейронную активность напрямую; скорее, он отражает изменения в насыщении крови кислородом, возникающие в результате относительного баланса между церебральным метаболизмом кислорода и поступлением кислорода. В частности, сигнал BOLD чувствителен к изменениям в различных основных нейрофизиологических свойствах, связанных с энергетическим метаболизмом — скорости церебрального метаболизма кислорода, церебральному кровотоку и объему церебральной крови — все из которых изменяются при нейронной обработке. Таким образом, эффект BOLD является лишь косвенным измерением одного из последствий нейронной активности. Кроме того, его временное разрешение ограничено гемодинамическим ответом, который развивается в течение секунд. 

Какой метод функциональной визуализации и почему полезен при исследовании систем нейронов, участвующих в дифференциации эмоциях, образовании условных рефлексов, системы вознаграждения и мотивациях? 

Первоначальные исследования в области функциональной магнитно-резонансной томографии были сосредоточены на когнитивной сфере, но последующие исследования изучали нейронные системы, участвующие и в обработке эмоций. Способность этого метода измерять как корковую, так и подкорковую активацию была особенно полезна при изучении нейронных систем, участвующих в эмоциях и мотивации. Различные парадигмы использовались, как у больных, так и у здоровых людей, включая различение эмоций, валентность, индукцию настроения, условное формирование рефлексов, просодическую идентификацию, условия вознаграждения и наказания и просмотр эмоционально провокационных стимулов (Roalf D., Gur R. 2017). Эти исследования сопоставили обработку эмоций с сетью областей мозга, включая медиальную префронтальную кору (MPFC), миндалевидное тело и переднюю поясную извилину (Gur, R. E., et.al., 2002). 

Какие структуры мозга вовлечены в обработку эмоций? 

Обзор этой работы в 2002 году показал, что не существует определенной области мозга, которая постоянно активируется при тех или иных эмоциях (Phan, K. L.,et.al., 2002). Обработка эмоций — это сложное поведение, которое, скорее всего, включает в себя сеть нейронов, а не одну конкретную область мозга, и чьи узлы изменяются в зависимости от конкретных требований предъявляемых к человеку. Однако, медиальная префронтальная кора (MPFC) и миндалевидное тело считаются  важными структурами в сетях нейронов регулирующих настроение. Активация MPFC здесь наблюдается чаще  и не зависит от особенностей эмоций, метода их индукции и процессов мышления, связанных с обработкой эмоций (Lane, R. D.,et.al., 1998). Это предполагает, что MPFC играет общую роль в обработке эмоций. Миндалевидное тело, с другой стороны, тесно связано с обнаружением, генерацией и поддержанием эмоций, связанных со страхом и чувством тревоги. Такая дифференциация функций по областям привела к исследованиям роли MPFC в регуляции и переоценке эмоций, возбуждении, реакции на боль и развитии эмоций в подростковом возрасте. Между тем, роль миндалевидного тела в обработке страха привела к целевым исследованиям обработки эмоций при психоневрологических  расстройствах  (Gur R., et al., 2007; Hall J., et al., 2008 ;  Wolf D., et al., 2015 ) и депрессию, в частности,  (Almeida, J.et.al., 2010). Эти результаты согласуются с другими исследованиями, показывающими модуляцию лимбической реакции на эмоциональное выражение лица как при решении различных задач, так и в процессе деятельности требующей внимания. 

В какие ментальные процессы вовлечена префронтальная кора? 

Исследователями было показано, что префронтальная кора, активировались большинством задач обработки более высокого порядка, включая задачи на устойчивое внимание, рабочую память, извлечение эпизодической памяти, обработку эмоций, речь и принятие решений. Этот общий шаблон активации для всех задач согласуется с гипотезой о том, что префронтальная кора участвует в нисходящих процессах, необходимых для выполнения задач, включая мониторинг, организацию, планирование и принятие решений (Stuss, D. T., & Knight, R. T., 2013).  Вероятно, что различные задачи, которые задействуют определенные когнитивные домены, также разделяют нейронные процессы и, следовательно, вызывают перекрывающиеся патерны активации. Это перекрытие предполагает, что общий патерн нейронной активации задействован во многих когнитивных процессах. Однако перекрывающаяся активация не указывает на то, что область имеет одинаковую функциональную роль во всех задачах. 

Почему некоторые регионы мозга замедляют свою активность при решении разных задач?  

Дополнительным открытием для оценки вовлечения некоторых регионов в множественные задачи стало наблюдение, что некоторые регионы последовательно активируются во время состояния покоя «режима по умолчанию», и эти же регионы «деактивируются» практически любой задачей (Raichle, M. E., & Snyder, A. Z., 2007). Гипотеза «сети режима по умолчанию», сети регионов, которые активируются, когда нет задачи, вдохновила на поиск более специфических сетей, и этот поиск был облегчен путем изучения корреляций между регионами в патерне активации по временным рядам (например, анализы PPI) (O’Reilly, J., et.al., 2012).  Такие анализы «связности» применялись для изучения взаимодействий между регионами, а в последнее время - для документирования совместно активированных сетей в анализах функциональной связности в состоянии покоя. Традиционные исследования BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография были сосредоточены на использовании конкретных когнитивных задач для определения связанных сетей активации мозга. Функциональная связность в состоянии покоя вместо этого изучает спонтанные колебания сигнала BOLD, которые происходят без наличия конкретной задачи. Первоначально в качестве цели были выбраны отдельные регионы, и колебания сигнала BOLD были соотнесены с колебаниями в разных очень мелких точках объема (вокселях). Этот метод мог документировать связь между активностью в этом регионе и в других регионах. Более сложные подходы к сетевому анализу исследовали внутренние корреляции между всеми вокселями для выявления сетей регионов (Van Den Heuvel, M. & Pol, H., 2010). 

Что означает термин "режим по умолчанию" и почему он необходим для мониторинга окружающей среды? 

Функциональная связь между ключевыми регионами мозга, вероятно, лежит в основе координации сложной когнитивной деятельности. Обычно измерения "функциональной связности" проводятся, когда человек находится «в состоянии покоя». Однако, возник вопрос, находится ли мозг когда-либо на самом деле «в состоянии покоя», и, таким образом, «режим по умолчанию» (“default mode,”), указывающий на отсутствие задачи, стал предпочтительным термином (регионы «режима по умолчанию» также демонстрируют связность в этом состоянии) (Yoo, S.et.al., 2009). Исследования связности в состоянии покоя показывают, что мозг имеет внутренние патерны активации, которые, вероятно, представляют собой сетевую коммуникацию и организацию. Эта особенность делает изучение функциональной связности важной областью исследований, актуальной для нейропсихологии, которая позволит глубже понять фундаментальную организацию мозга.  Работа, интегрирующая функциональную связность в состоянии покоя и когнитивную обработку, показывает, что состояния мозга, такие как "режим по умолчанию", необходимы для мониторинга окружающей среды, интеграции когнитивной и эмоциональной информации и изменения в ходе развития нервной системы.  Наконец, "функциональная связность" связана с базовой нейронной структурой, особенно связями белого вещества, что дополнительно предполагает, что этот подход может дать подсказки об организации работы мозга. 

Позитронная -эмисионная томография 

С какого методы функциональной визуализации мозга значительно ускорился процесс объективной оценки результатов нейропсихологических исследований?

Прогресс в функциональной визуализации мозга значительно ускорился с появлением позитронная-эмиссионной томографии, которая использует радиоактивные индикаторы, позволяющие проводить трехмерную количественную оценку параметров, связанных с региональной метаболической активностью мозга (Greenberg, J., et.al., 1981). Помимо смягчения основного ограничения двухмерной техники очистки от ксенона 133, которая могла давать информацию только об определенных областях с временным разрешением около 16 минут, позитронная-эмиссионная томография оказалась универсальной и в конечном итоге позволила проводить повторные измерения мозгового кровотока с временным разрешением от 2 до 3 минут.

История позитронной - эмиссионной томографии

Какие этапы можно выделить в развитии позитронная-эмиссионной томографии? 

Первоначальные исследования здесь были ограничены дезоксиглюкозой, меченной фтором-18, период полураспада которой составляет около 110 минут, поэтому повторные измерения в течение одного дня были невозможны. Первые применения позитронная-эмиссионной томографии с когнитивными задачами были единичными, так, первая демонстрация эффектов когнитивных задач на региональный метаболизм мозга включала 4 участников, получавших вербальную (аналогии) и 4, получавших пространственную (ориентация линии) задачу.  Однако, даже в пределах ограничений этих размеров выборки ранние исследования функциональной визуализации мозга  вышли за рамки простой демонстрации предполагаемых эффектов и показали, что даже узко определенные нейропсихологические домены рекрутируют сеть нейронов совместно активированных регионов. Преимуществом этих ранних исследований было то, что они предоставляли количественные меры, связанные с энергетическим метаболизмом в физиологических единицах (например, мл/100 г ткани/минуту). Например, в исследовании, изучающем эффекты полушарий на метаболизм, удалось установить, что абсолютные показатели метаболизма глюкозы были выше для вербальной, чем для пространственной задачи по всем интересующим регионам. Дальнейшие исследования показали, что в таких сетях можно идентифицировать узлы, которые относятся конкретно к аспектам этого домена. Потребовалось много времени, чтобы получить показатели локального метаболизма глюкозы, но они оказались достаточно стабильными в стандартизированном «состоянии покоя» (Gusnard, D. A., & Raichle, M. E., 2001). Последующие разработки в области позитронной  -эмиссионной томографии позволили более быстро измерять активацию мозга с помощью инъекции воды, меченой быстро распадающимся (период полураспада 2 минуты) лигандом кислорода-15. Этот метод позволял проводить повторное измерение мозгового кровотока в течение нескольких минут, поэтому в один сеанс можно было включать несколько задач, при этом, обмен данными стал более сложным, а также больше внимания стало уделяться тому, чтобы сделать задачи более обоснованными с точки зрения психометрии (Fox, P. T.,et.al., 1986). Началось качественное составление карт мозга в трех измерениях, с возможностью исследовать подкорковые области, поскольку они взаимодействуют с активацией коры в отношении ряда когнитивных и, позднее, эмоциональных задач обработки. Основным ограничением позитронной-эмиссионной томографии является воздействие ионизирующего излучения на пациентов и участников исследования. Это исследование ограничивает приемлемые размеры выборки здоровых добровольцев, количество заданий и исключает из рассмотрения любые исследования людей моложе 18 лет. Все эти ограничения функциональной визуализации мозга исчезли с появлением функциональной магнитной-резонансной томографии. 

Визуализация мозга и нейропсихология

Какие врачи стояли у истоков нейропсихологии? 

Нейропсихология зародилась в то время, когда функционирование мозга можно было вывести только, исследуя людей с тяжелой черепно-мозговой травмой (Bennett, M.et.al., 2016). Этот "клинико-патологический подход", который начался с отчета одного случая (Broca P., 1861), привел к прогрессу в идентификации и понимании роли коры головного мозга в ощущении, восприятии, речи, памяти, мышлении и воле (Chaillou, F., 1863; Jackson, J. H., & Owen, R.,1863; Wernicke, C., & Wernicke, C., 1974). Со временем, психологи внесли стандартизированные измерения доменов поведения, которые можно было связать с "клинико-патологическими" результатами, и создали «батареи», которые используются для диагностики и оценки лечения по всему спектру психоневрологических расстройств. Большой вклад в развитие нейропсихологии внес отечественный невролог и психолог Александр Романович Лурия. 

Какие ограничения характерны для "клинико-патологического" подхода в нейропсихологии и как их можно преодолеть? 

"Клинико-патологический подход" имеет несколько ограничений. Методологические ограничения связаны с трудностями контроля изменчивости на обоих берегах моста "мозг-поведение". Поражения мозга не всегда надежно локализованы и редко находятся в одном и том же месте, данные до болезни обычно скудны, разные расстройства почти всегда существуют, образцы различаются с демографической точки зрения, и все это может повлиять на нейропсихологическое заключение. Самое главное, что эта методология ограничивает исследователя фиксацией эффектов естественно возникающих явлений, не позволяя экспериментально манипулировать нейропсихологическими областями и проверять их влияние на функцию мозга. Практическим ограничением этой методологии является то, что она зависит от наличия пациентов с документированными поражениями. Однако, традиционные батареи нейропсихологических тестов хорошо проверены, используются в различных группах населения и применяются для оценки дисфункции мозга в клинике. В тоже время, многие из этих нейропсихологических батарей основаны на исследованиях повреждений и не включают в себя достижения функциональной визуализации, которые извлекают выгоду из подходов когнитивной науки для изучения мозговых цепей. 

В чем заключаются недостатки и достоинства современных нейропсихологических тестов? 

Большинство современных нейропсихологических тестов проводятся с помощью бумаги, карандаша и компьютера , на проведение которых уходят часы, и столько же часов на оценку и интерпретацию. Они приводят к длинным отчетам, описывающим поражения в тех или иных структурах мозга без особых ссылок на его сети нейронов, которые могут быть вовлечены в патологический процесс. Достижения в составлении карт мозга надежно подтверждены в исследованиях функциональной визуализации и используются для эффективного измерения индивидуальных различий. Например, набор заданий был подтвержден с помощью функциональной визуализации мозга и скомпилирован в компьютеризированную когнитивную батарею (CNB), которая обеспечивает в течение одного часа тестирования показатели точности и скорости по 14 тестам, которые охватывают области исполнительных функций, эпизодической памяти, сложного познания, социального познания и сенсорной0моторной скорости и могут быть введены внутри сканера (Gur, R., et.al., 2010). Наконец, интеграция данных визуализации мозга с генетикой позволит изучить эффекты плейотропии, эпистаза и взаимодействия генов с окружающей средой. 

Почему перед началом исследования визуализации мозга требуется проведение нейропсихологического исследования? 

В клинической психологии будущего, вероятно, меньше будет полагаться на бумажные формы нейропсихологических тестов и больше на компьютерные тесты, основанные на современной когнитивной науке и подтвержденные структурной и функциональной визуализацией мозга. Такой психолог будет знать, как правильно проводить клиническое интервью  во время сеанса функциональной магнитно-резонансной томографии при участии такого специалиста, в котором компьютеризированная батарея тестов будет напрямую вводиться пациенту в сканере. Анализ результатов исследования будет включать информацию об аберрациях в параметрах мозга и сетях, связанных с нарушениями поведения, которые будут подкреплены изображениями и графиками и смогут эффективно интерпретироваться психологом.

Какой метод и когда впервые привел к объективной оценке результатов нейропсихологического исследования здоровых людей? 

Возможность изучения связи между мозгом и поведением путем измерения региональной активности мозга у здоровых людей при выполнении экспериментально контролируемых когнитивных задач появилась только около 1975 года. Это удалось с помощью метода, который включал вдыхание следовых количеств радиоактивного газа 133-ксенона, смешанного с комнатным воздухом. Поглощение трассера мозгом регистрировалось кристаллическими детекторами, и его выведение можно было использовать для расчета кровотока мозга в быстро очищающемся (сером веществе) отсеке в физиологических единицах (например, мл/100 г/мин) (Obrist, W.et.al., 1975).  Первоначальные исследования проводились на небольших выборках с неконтролируемыми условиями выполнения задач, но к 1980 году хорошо обоснованные исследования продемонстрировали статистически значимые эффекты задач на мозговой кровоток, при этом вербальные задачи демонстрировали большую активацию левого полушария, а в пространственных задачах большую активацию правого полушария (Gur R. C., & Reivich, M.,1980). Последующие исследования показали чувствительность этих измерений к половым различиям и доминированием того или иного полушария мозга (Gur R., et al., 1982), а также к возрастным эффектам (RC и эффектам повреждения мозга и психопатологии (Gur R., et al., 1985). Например, были обнаружены существенные половые различия в скорости мозгового кровотока, при этом у женщин были более высокие значения по всей коре мозга.  Не инвазивный метод ингаляции 133-ксенона стал относительно распространенным инструментом исследователей, которые начали составлять карты мозга и связывать его функции с основными вариантами поведения.

Структурно-функциональная визуализация мозга как основа персонализированной терапии пациента с психическим расстройством

Какие методы физиотерапии психических расстройств особенно востребованы в современной психиатрии?

Вы скажите, а зачем психиатру все это нужно, отвечу, для того, чтобы лечить конкретного пациента ( персонализированная медицина) , а не диагноз и детально представлять что же все-таки происходит с мозгом этого пациента, как он работает и как он выглядит, для того, чтобы правильно лечить его с помощью физиотерапии , например, транс -краниальной магнитной или электрической стимуляции мозга, восстанавливать его по безумного лечения несколькими нейролептиками ( например. с помощью назального электрофореза) и назначать нужные медикаменты , восстанавливающие связи между структурами мозга  с помощью биологической терапии и даже некоторых психотропных препаратов (что бывает сравнительно редко). 

Почему для лечения пациентов необходимо совершенствовать методы прецизионной медицины?

Подходы, основанные на прецизионной ( точной) медицине, которые сегодня применяются в структурно -функциональной магнитно-резонансной томографии, такие как глубокое исследование фенотипа с помощью сканирования в состоянии длительного покоя, могут более точно охарактеризовать индивидуальные различия в активности мозга и выявить функциональные его связи для того, чтобы поддержать индивидуальную идентификацию биологических маркеров, пригодных для целенаправленной стимуляции отдельных регионов мозга, например, при проведении транс-краниальной магнитной стимуляции при лечении депрессии, слуховых галлюцинаций или навязчивых мыслей и ритуалов. 

Какие изменения со стороны структур и функциональной активности мозга можно выявить при шизофрении? 

  В последнее время сбор различных изображений головного мозга от каждого пациента стало обычной практикой, которая показывает что каждая модальность обеспечивает уникальное измерение мозга.  Сравнение между функциональной и структурой обеспечивает более информативное понимание как измененных вариантах  мозга, так и связности, и может быть полезно для диагностики психических расстройств. Например, можно обнаружить изменение в картах активации функциональной магнитно-резонансной томографии, которые связаны с изменением структуры мозга . Например, у пациентов с "шизофренией" часто обнаруживается более слабая и разрозненная функционально-структурная связь по сравнению со здоровыми людьми, что позволяет предположить, что комбинация двух методов визуализации ( структурной и функциональной) обеспечивает более полное описание состояние связей между регионами мозга.

Как можно объединить и интерпретировать структурно-функциональные методы визуализации мозга в психоневрологии? 

   Один из подходов к объединению данных в визуализации мозга включает ограничение одной модальности с другой, поскольку DTI ограничивается данными fMRI или sMRI или наоборот. Несмотря на то, что это мощный метод, распространенным ограничением является то, что потенциально нереалистичные предположения, которые принципиально имеют другую природу, чем известная модальность, будут навязываться на ограниченные данные.  Правильный подход к объединению данных заключается в том, чтобы сначала следует обрабатывать каждый тип изображения и извлекать элементы из различных методов. Эти функции затем проверяются на предмет взаимосвязи между типами данных на уровне группы.  Такие подходы включают методы , основанные на разложении по сингулярным числам (SVD) и частичным наименьшим квадратам (PLS), а также совместный независимый компонентный анализ (jICA) , мульти-модальный канонический корреляционный анализ (mCCA) , связанный ICA и другие адаптивные подходы, такие как параллельный ICA. Эти подходы используют преимущества перекрестной информации между типами данных при выполнении мульти-модального объединения и обеспечивают естественную связь между различными типами данных. Однако матрицы данных преобразуются в меньший набор компонентов, чтобы уменьшить размерность с помощью этих подходов, что может привести к потере важной информации. Большинство современных подходов фокусируется на парном слиянии. Лишь в очень немногих исследованиях основное внимание уделяется изучению взаимосвязей между несколькими типами данных с использованием подходов объединения данных с уменьшением размеров, таких как mCCA, jICA. Учитывая мощь современных MR-сканеров, для каждого участника, как правило, доступно более двух модальностей визуализации, многоплановый многопараметрический анализ многослойных соединений слияния (например, fMRI состояния покоя, fMRI, относящийся к задаче, DTI и sMRI) может улучшиться. способность классифицировать заболевания головного мозга и выявлять более информативные биомаркеры при психических расстройствах, таких как шизофрения.

Почему важно объединять результаты лабораторных и инструментальных исследований мозга при диагностике и лечении психоневрологических расстройствах? 

   Объединение результатов визуализации и генетической информации может обеспечить альтернативный способ обнаружения маркеров, который может не только способствовать лучшему пониманию биологических механизмов структуры и функций мозга, но также может улучшить диагностику и лечение сложных заболеваний .

Шизофрения

История

Почему шизофрению долгое время считали и считают "функциональным психозом" , не затрагивающим поражение каких-либо структур мозга?

  В первой половине XX века психиатры считали , что шизофрении является "функциональным психозом" и не сопровождается органическим поражением мозга. Этот взгляд основывался на отсутствии явных изменений  в структурах мозга умерших больных шизофренией. Отчасти эти данные поддерживались и семейными исследованиями шизофрении. В 60-70-x годах прошлого столетия клинические исследования показали , что искаженные ( неправильные) взаимодействия в семье, особенно между матерью и ребенком , могут быть не только шизофрении . но и способствовать ее неблагоприятному течению. Многие годы родители испытывали чувство вины , поскольку полагали, что болезнь их детей обусловлена неправильным поведением матери. 

Изменения каких структур мозга были первыми выявлены при шизофрении? 

Проведенные in vivo исследования визуализации мозга больных шизофренией ( компьютерная томография) , позволили обнаружить у большинства этих пациентов слабо специфическое увеличение желудочков. Эти находки придали новый импульс биологическим исследованиям мозга при шизофрении. Применение магнитно - резонансной томографии ( MRI) предоставило возможность детализировать изменения в белом и сером веществах мозга, измерить эти изменения дискретно , в частности, как кортикальных, так и субкортикальных структур. 

Какие возможности открыли для врачей открыли исследования функциональной активности мозга?  

Использованию функциональной магнитно-резонансной томографии мозга для изучения его аномалий при шизофрении предшествовали примерно два десятилетия работы с функциональными методами визуализации мозга, такими как ингаляция ксенона и позитронно-эмиссионная томография. Так, в одном из первых исследований шизофрении с помощью функциональной визуализации D. Ingvar and J. Franzén (1974) использовали ингаляции ксенона, чтобы оценить снижение притока крови к лобным областям мозга (Fryer S., et.al., 2013). В конце 1970-х и начале 1980-х годов эта идея была развита в исследованиях мозгового кровотока и метаболизма глюкозы в состоянии покоя, но особенно с использованием когнитивных парадигм, таких как Висконсинский тест сортировки карточек, для изучения изменений в мозговом кровотоке во время решения когнитивных задач. Эти ранние исследования привели к пониманию шизофрении как заболевания, характеризующегося специфической ослабленной активацией отдельных регионов лобной коры, прежде всего в дорсальной -латеральной префронтальной коре во время выполнения задания, но также и в передней поясной извилине во время задач на контроль внимания (Carter C., etla., 1997). Другие исследователи оценивали особенности шизофрении на основе результатов функциональной магнитно-резонансной томографии, включая активацию зоны Брока (центр "внутренней речи") и подкорковых структур во время галлюцинаций, а также более активное участие активации височных долей в контексте дезорганизации и формального расстройства мышления ( Silbersweig D., et.al., 1995). 

Какие изменения со стороны структур мозга были обнаружены в начале XXI века?

В мета - анализе Wright et.al. (2000) были обобщены данные , касающиеся изменений структур мозга при шизофрении: уменьшение объемов серого вещества на 2% , белого вещества - на 1% , верхней височной извилины - на 7% , миндалины / гиппокампа - на 6% , парагиппокампальной извилины - на 6% , таламуса ( зрительный бугор) - на 4%, лобной доли - на 2%. Кроме того, было отмечено увеличение объема таких структур как бледный шар - на 24% , скорлупа - на 6% , каудатум ( хвостатое ядро) - на 4%. Объем латеральных желудочков оказался увеличенным на 16% , в то время, как объем мозга - уменьшен в целом на 2%. Позднее было показано, что первично при шизофрении страдает серое вещество мозга , объем  которого сокращается на 2%, белое вещество при этом уменьшалось в среднем на 1%. Исследование различных регионов мозга при шизофрении обнаружило главным образом изменения  - редукцию серого вещества височной и лобной долей и более выраженных и специфичных в медиальных височных структурах ( гипокампп и миндалина).

Почему шизофрению нельзя рассматривать как отдельное заболевание психической сферы? 

  На протяжении большей части истории исследований визуализации мозга шизофрении, ее ошибочно рассматривали как единую болезнь или конструкцию с использованием категориальных подходов ( феноменологических критериях диагностики), несмотря на значительную вариабельность у пациентов выраженности "позитивных" и "негативных симптомов", когнитивных и социальных функциях, реакции на лечение, функционировании и многих других аспектах шизофрении. На самом деле, сегодня есть необходимость в дифференцированных подходах к случаям и контролю, а также в транс-диагностической идентификации взаимосвязей между мозгом и поведением. Развитие методов обработки изображений и аналитических подходов, таких как статистическое параметрическое составление карт мозга, позволило стандартизировать проверку гипотез специфической дисфункции в отдельных регионах мозга. Эти достижения также помогли специалистам, работающим в области функциональной визуализации мозга продолжить работу по исследованиям ингаляции ксенона и позитронной-эмиссионной томографии, но без радиационного воздействия. Ранние исследования с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии характеризовали диагностические различия у пациентов с шизофренией по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы в покое и при решении различных задач. Эти исследования подтвердили дефицит функционирования дорсальной - латеральной префронтальной коры (DLPFC) во время решения задач, связанных с рабочей памяти, основываясь на более ранних наблюдениях «снижения фронтального» кровотока. 

Почему шизофрения не вселение дьявола , а реальное органическое заболевание мозга? 

   В настоящее  время гипотеза о том, что шизофрения представляет собой органическое заболевание мозга доказано не только качественными изображениями мозга, но и исследованиями в области нейропсихологии , в частности, анализом когнитивных нарушений. Исследования, направленные на изучение функциональной активности различных отделах  мозга ( в противоположность структурным изменениям) при шизофрении показали , что они в основном сконцентрированы в префронтальной, височной и теменной коре , мозжечке , полосатом теле и зрительном бугре, которые, в свою очередь, анатомически связаны с префронтальной корой. Генетические исследования  позволили высказать предположение о том, что взаимодействие генетических факторов и факторов окружающей среды отражаются как на функциональном , так и на структурном уровнях , что заметно и в процессе исследования мозга больных шизофренией с помощью современных радиологических методов.

Какие риски с момента развития мозга приводят к шизофрении? 

 Многочисленные теории нарушения развития мозга при шизофрении , основываются на выявлении большого количества, как правило, небольших  отклонений в его структурах ( structural abnormalities), причем эти отклонения остаются стабильными на протяжении долгого времени. Продольные исследования мозга больных с начала с помощью  пневмоэнцефалографии и затем компьютерной томографии, а затем и современными радиологическими исследованиями неоднократно подтверждали эту гипотезу. 

Можно ли считать шизофрению прогрессирующим заболеванием мозга? 

Несмотря на большое количество дебатов о том, что повреждение мозга при шизофрении прогрессируют или остаются стабильными, в конце концов, исследователи пришли к заключению, что шизофрения является прогрессирующим заболеванием, что , в частности, проявляется в нарастании когнитивных нарушений и неадекватным поведением. В сравнении  со здоровыми людьми возрастные изменения, фиксируемые с помощью магнитно-резонансной томографии ( MRI) при шизофрении более выражены в объеме серого вещества.  

Можно ли сказать, что при шизофрении нарушаются связи между полушариями мозга? 

С помощью изучения мельчайших точек на изображениях было выявлено различие в структурах мозга при шизофрении: снижение плотности серого вещества в лобной и височной коре, левом гиппокампе, островке и левой миндалине ( амигдала).  Было отмечено, что плотность серого вещества в левой миндалине  преимущественно снижена у пожилых больных шизофренией, чем у молодых.  В то же время , оказалось , что и плотность белого вещества при шизофрении уменьшена в мозолистом теле , правой внутренней капсуле и правой передней связке ( Kapur S., Mamo R., 2003), что подтверждало гипотезу о нарушенных связях между полушариями ( взаимодействиях ) при шизофрении.

Какие изменения, в каких структурах мозга и какими методами были выявлены с помощью магнитно- резонансной томографии при шизофрении?

Исследования структурной магнитно-резонансной томографии показали, что у пациентов с шизофренией наблюдается широко распространенная атрофия серого вещества, затрагивающая подкорковые области, такие как таламус и базальные ганглии, корковые области, включая лобную, височную, энториальную (гиппокамп)  и затылочную доли, а также мозжечок (Kubota, M.,et.al., 2015). Также предполагается, что зона Брока и прилегающая фронто-инсулярная кора могут быть эпицентрами патологической анатомии и патофизиологии шизофрении (Jiang Y., et.al., 2024). Однако эта атрофия не возникает одновременно во всех областях мозга, а скорее следуют прогрессивной траектории. Например, у пациентов с первым эпизодом психоза, как правило, наблюдается слегка более тонкая толщина коры, в основном в лобно-височных долях, в то время как у хронических пациентов наблюдается более выраженная атрофия теменной и затылочной коры (Jiang, Y.,et.al., 2022). Пациенты с ранним психозом демонстрируют более выраженную прогрессирующую потерю лобного серого вещества в течение первых лет после начала болезни. Диффузионная-тензорная визуализация выявила у больных шизофренией обширное повреждение микроструктуры белого вещества связанное с нарушением когнитивной функции, психопатологическими симптомами и генетическими факторами (Lv, J., et.al., 2021). Исследования функциональной магнитно-резонансной томографии также обнаружили измененную функциональную связность в основных крупномасштабных когнитивных сетях (Dong, D., et.al., 2018). Продольные структурные исследования указывают на модель ограниченного улучшения, указывающую на реорганизацию, которая может следовать моделям связей крупномасштабных функциональных сетей при шизофрении (Palaniyappan, L., 2017). 

Можно ли считать лингвистическую гипотезу оправданной при шизофрении? 

 Нижняя лобная кора, включая основные части областей речи (т. е. область Брока), поддерживает гипотезу лингвистического первенства Кроу при шизофрении (Crow, T. J., 1997). В литературе сообщалось, что анатомическая атрофия в верхних эпицентрах мозга происходит до первого эпизода психоза ( дебют) у людей, которые позже переходят в психоз, , что еще больше подтверждает идею о том, что лобная и кора и кора островка играют роль места «происхождения» ( истока) шизофрении. 

Где расположены эпицентры патологических процессов при болезни Альцгеймера и мезиальной эпилепсии? 

Верхние эпицентры расположены в двустороннем гиппокампе у людей с диагнозом болезнь Альцгеймера или прогрессирующим легким снижением когнитивных функций (MCI). Для пациентов с правым мезиальной височной эпилепсии (MTLE)  медиальные височные области в правом полушарии определены как верхние эпицентры. (расположение эпицентров соответствует классическим поражениям при неврологических расстройствах).

Что представляет собой мульти-модальная магнитно-резонансная томография?

Первоначальные исследования по классификации шизофрении в основном использовали данные одной модальности изображений для классификации заболеваний, однако опора исключительно на данные таких изображений оказывается недостаточной для исследования мозга. После достижений в области визуализации исследователи переключили внимание на мульти-модальную интеграцию изображений. Этот подход объединяет структурную и функциональную магнитно-резонансную томографию для повышения комплементарности и использует машинное обучение для более точной диагностики и классификации шизофрении. 

Оценка эффективности каких препаратов наиболее исследована в рамках визуализации мозга?

При лечении шизофрении исследования направлены на изучение влияния антипсихотиков на структуру и функции мозга. Было отмечено, что у пациентов с терапевтической резистентностью к этим препаратам увеличилась функциональная связность в некоторых регионах, находящихся в покое сенсорной - моторной сети, особенно в полосатом теле, что означало ухудшение ответа на лечение (McNabb, C. B., et.al., 2018). 

Что дает для лечения шизофрении составление карт "эпицентра" патологического процесса? 

 "Эпицентры" ( истоки) патологического процесса при шизофрении  можно выявить с помощью современных методов исследования, основанных на визуализации и ключевых генетических, химических, когнитивных и психопатологических показателей/ критериев шизофрении. Составление карт "эпицентра" из которого развивается патологический процесс при шизофрении имеет прогностическое значение для краткосрочной эффективности лечения этого расстройства психотропными препаратами на уровне симптомов. Биологическую согласованность эпицентров шизофрении, имеет связь с нисходящими когнитивными процессами (особенно речью), доменами симптомов (позитивными симптомами) и распределением рецепторов/транспортеров (трансмиттеров) восходящего потока (множественные системы, включая ацетилхолин и гистамин) и картами экспрессии генов. Индивидуальный подход к пациенту, который допускает анатомическую гетерогенность в пределах шизофрении , позволяет оценить вероятность "эпицентра" на индивидуальном уровне путем сравнения уникальной модели звеньев патогенеза пациента с моделью региональных связей мозга (регионы с более высокой вероятностью быть эпицентрами имеют выраженную атрофию)  

Что означает термин "атрофия мозга" применительно к структурной магнитно-резонансной томографии?

Термин «атрофия» представляет собой инфра-нормальные показатели в структурной магнитно-резонансной томографии мозга при шизофрении по сравнению со здоровой контрольной популяцией, а не клеточный процесс нейрон-специфических изменений. Атрофия при визуализации мозга не может быть приписана исключительно либо прогрессирующего течения самого заболевания, либо воздействию лекарств; скорее, на нее влияет комбинация обоих факторов. Кроме того, регионы с более сильными связями с верхними эпицентрами (первые 10 регионов с наибольшей вероятностью являются местами начала) имеют более тяжелую атрофию при шизофрении, что подтверждает предположение о том, что патологический процесс может распространяться от эпицентров через сетевые варианрты мозга (Hettwer, M.et.al., 2022).  

Можно ли найти изменения в структурах мозга специфичные только для шизофрении?

Исследования, включая усилия консорциума Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta Analysis (ENIGMA), выявили структурные изменения мозга при шизофрении, но эти изменения, имели скромную величину эффекта и не являлись специфичными для шизофрении, в частности, пересекаясь с другими психоневрологическими  расстройствами (van Erp T. et.al., 2016). Кроме того, несколько исследований показали, что структурные изменения мозга при шизофрении не являются однородными, поскольку в этой диагностической группе существуют подтипы с различной степенью анатомических изменений, траекториями прогрессирующего течения заболевания и результатами лечения (Pan Y.,et.al., 2020). Одним из объяснений увеличивающегося сокращения серого вещества  при шизофрении и других психозах, наблюдаемого с течением времени, является то, что процесс заболевания, который начинается в определенной области мозга, известной как «эпицентр», затем распространяется «транс-нейронально» на другие области мозга, чему способствуют базовые модели связей (Brown, J. A., et.al., 2019). Эта модель эпицентра, основанная на связях, успешно выявила начало заболевания в фокальных областях мозга и точно предсказывает прогрессирующее течение при дегенеративных заболеваниях нервной системы. 

Изменения каких структур мозга при шизофрении совпадают с его поражением при биполярном аффективном и большом депрессивном расстройстве?

Исследование перекрестных по отношению к шизофрении психозов выявило общие и специфичные для этих расстройств анатомические характеристики, такие как увеличенный объем боковых желудочков при шизофрении, биполярном расстройстве и большом депрессивном расстройстве, а также меньший объем гиппокампа при шизофрении и большом депрессивном расстройстве.

Почему отсутствие специфичности поражения тех или иных структур мозга не играет особого значения в лечении шизофрении?

В то же время, сегодня для каждого пациента можно выделить свои нарушения в структурах и связях мозга , которые и являются мишенью для терапии шизофрении, то естm, объектами персонализированной терапии. 

Почему генетика визуализации мозга стала одним из приоритетных направлений в исследовании больных шизофренией?

В области визуализации мозга исследователи используют генетическую информацию и данные магнитно-резонансной томографии для изучения того, как генотипы генов риска шизофрении модулируют структуру и функцию мозга, тем самым выясняя биологические механизмы этих генов. 

Каким образом можно выявить структурные эпицентры" шизофрении?

Изменения в анатомии связей между структурами мозга в настоящее время являются хорошо известной особенностью морфологии человеческого мозга. При шизофрении некоторые из индивидуальных изменений в моделях анатомических аномалий могут возникать либо из-за индивидуальных различий в местах происхождения как таковых (в этом случае мы не сможем локализовать один или несколько регионов как постоянные эпицентры), либо из-за изменений в индивидуальных моделях связей, влияющих на «транс-нейрональное распространение», несмотря на общее анатомическое происхождение. В этой работе с помощью надежной количественной оценки мы стремимся определить структурные эпицентры шизофрении на основе замеров размеров  серого вещества с существующими картами функции человеческого мозга (связности), цито-архитектуры, метаболизма, рецепторов и транспортеров трансмиттеров , экспрессии генов и активности, связанной с когнитивной сферой (Yarkoni, T., et.al., 2011). 

Какая область коры чаще всего уязвима для генетики шизофрении?

Высокий полигенный риск шизофрении связан с более тонкой вентральной медиальной префронтальной корой (vmPFC), что предполагает, что генетические факторы могут повышать риск шизофрении, влияя на целостность vmPFC (Abé, C.,et.al., 2021).  У  больных с психозом , генетически или клиническим высоким риском со временем наблюдается прогрессивное уменьшение серого вещества в височных и лобных долях мозга. Эти сокращения объема структур мозга остаются у больных шизофренией , как во время ремиссии, так и в период рецидива.

Какие трансмитттеры в наибольшей степени связаны с повреждением структур и связей мозга при шизофрении?

Cвязь эпицентра шизофрении с экспрессией трансмиттеров, можно исследовать анализируя пространственную связь между картой t эпицентра шизофрении и 19 картами плотности рецепторов/транспортеров нейротрансмиттеров (включая дофамин, норадреналин, серотонин, ацетилхолин, глутамат, γ-аминомасляную кислоту (ГАМК), гистамин, каннабиноиды и опиоиды). Карта t эпицентра при шизофрении пространственно коррелирует с картами плотности нейротрансмиттеров в ацетилхолине (везикулярный транспортер ацетилхолина - VAChT), гистамине (рецептор гистамина H3), опиоидами (мю-опиоидный рецептор- MOR), норадреналине (транспортер норадреналина - NET) и глутамате (метаботропный глутаматный рецептор 5 - mGluR5) (Jiang Y., et.al., 2024). 

Что показали исследования первого эпизода психоза с помощью магнитно-резонансной томографии? 

В последние годы исследования были сфокусированы на изучении эффектов продромальной фазы и первого эпизода психоза при шизофрении. Исследование ранних фаз течения заболевания интересно поскольку позволяло исключить эффекты как хронического течения шизофрении, так и влияния на мозг пациентов длительной терапии психотропными средствами.  Исследования, проведенные с помощью магнитно-резонасной томографии позволили выявить различия между теми субъектами , которые отличались высоким риском развития симптоматики шизофрении , от тех, кто не имел маркеров подобного течения.  Особенный интерес в этом плане представляли такие структуры мозга как гиппокамп и латеральные желудочки, размеры которых  не менялись у лиц контрольной группы и пациентов до начала первого эпизода психоза и после его завершения.  Однако, здесь было выявлено уменьшение толщины коркового слоя передней части поясной извилины, объем которой также оказался редуцированным. Также обращал на себя внимание факт более выраженных изменений и отклонений в структурах мозга у хронически больных шизофренией , по сравнению, с теми , кто имел небольшой стаж болезни. 

Почему для оценки состояния мозга больного шизофренией важно понять ассоциации между отдельными симптомами и функционированием сетей нейронов?

 Учитывая сильную связь функциональной активности мозга с особенностями течения и исходом шизофрении, нейронные корелляции негативных симптомов и когнитивного дефицита являются важными областями исследований при этом психическом расстройстве.  При оценке результатов функциональной визуализации мозга разные люди могут использовать разные нейронные стратегии для выполнения одних и тех же когнитивных задач. Кроме того, варианты нейронной активации во время когнитивной обработки могут относиться к когнитивным функциям, а не к диагностике психических расстройств. Инструменты для перехода от объемного анализа к поверхностному подходу лучше соответствуют нашим знаниям об анатомии мозга и позволяют оценивать индивидуальную топографию мозга и профили его связей (Dickie E., et.al., 2019).

Какое влияние на мозг оказывают нейролептики? 

Возможно, что длительный прием медикаментов может усилить ( увеличить ) количество патологических отклонений в структурах мозга больных шизофренией , как может и способствовать снижению ( уменьшению) этих изменений. Объем белого вещества не обнаруживает статистических различий у лиц с семейной отягощенностью шизофренией и у здоровых людей. Эти исследования лишний раз опровергают точку зрения, согласно которой антипсихотики влияют на размеры и объем структур мозга.  Известно, что у пациентов , которые получают высокие ( большие) дозы антипсихотиков , отмечается уменьшение объема лобной доли и ее серого вещества. Однако, здесь следует иметь ввиду, что , как правило, высокие дозы назначают пациентам с неблагоприятным и резистентным к терапии течением шизофрении. Отмечено, что степень уменьшение объема мозга зависит от типа антипсихотика. так, в частности., уменьшение объема базальных ганглиев регистрируется при длительном приеме типичных нейропетиков первого поколения) и увеличивается ( или нормализуется) при терапии атипичным антипсихотиком - клозапином. Продольные исследования терапии больных шизофренией клозапином и оланзапином показали уменьшение выраженность нарушений со стороны тканей мозга, в то время как у классических нейролептиков  данного эффекта не отмечается.

В каком возрасте особенно быстро прогрессирует поражение мозга при шизофрении? 

 Различные обзоры радиологических  исследований у пациентов с первым эпизодом психоза показали, что ускоренное уменьшение количества серого вещества , особенно в лобно - височных кортикальных областях , причем , это касалось, как извилин , так и расширения желудочков. Исследования показали , что каждый год объем серого вещества при шизофрении уменьшается на 0,5%, что согласовывалось с данными постмертных исследований мозга больных. Особенно заметны изменения в уменьшении объема серого вещества в первые годы болезни ( -1,2% в год). Исследователи также отметили нелинейный характер изменений объема мозга пациентов с шизофренией по мере течения болезни, что было особенно заметно при сравнении данных визуализации мозга подростков ( выраженное прогрессирование нелинейных изменений объема мозга) и взрослых больных, в частности. было показано, что  снижение объема всего мозга и гиппокампа и расширение латеральных желудочков  увеличивается при манифестации шизофрении в детском возрасте.

Какое влияние на риск возникновения шизофрении оказывает генетика? 

 В литературе неоднократно отмечалась повышенная уязвимость мозга потенциальных больных шизофренией, обусловленную влиянием генетического фактора. Исследование объема мозга у родственников больных первой степени родства не имеющих симптомов психоза , показало наличие небольших отклонений в структурах и функциях мозга. В последние годы , несколько исследователей измерили объем мозга у больных шизофренией в ремиссии и у здоровых лиц.  Эти исследования позволили обнаружить небольшое уменьшение общего объема мозга , расширение объема желудочков и уменьшение медиальной височной доли. Исследование монозиготных близнецов также подтвердили уменьшение объемов некоторых структур мозга как у монозиготных пациентов с шизофренией, так и у их однояйцовых близнецов., в сравнении со здоровыми монозиготными близнецами , что позволяет предполагать увеличение генетического риска развития шизофрении на фоне редукции развития мозга в ранний период жизни. У лиц , склонных к  риску развития шизофрении отмечается уменьшение объема гиппокампа ( у больных шизофренией он меньше, чем у их ближайших родственников) .  Также индикаторами риска здесь  следует считать: общее снижение объема серого вещества, уменьшение размеров третьего желудочка мозга . 

Почему при рождении будущих больных шизофренией у новорожденных отмечается уменьшение объема гиппокампа? 

 Редукцию объема гиппокампа при шизофрении связывают с патологией беременности и осложнениями во время родов. Особенно опасно взаимодействие между генетической уязвимостью и неблагоприятными факторами внешней среды при шизофрении ( фетальная гипоксия ассоциируется с более выраженными структурными нарушениями мозга не только у пациентов с шизофренией, но и у их здоровых сиблингов). Серое вещество ( более выражены нарушения в височной доле ) и объем гиппокампа редуцированы , а спинномозговая жидкость (CSF) увеличена у пациентов и здоровых сиблингов по сравнению со здоровыми субъектами.

Почему курение марихуаны способствует возникновению шизофрении? 

  Каннабис ( марихуана) значительно способствует возникновению шизофрении повышая риски ее развития.   Исследования с помощью методов визуализации объема мозга у лиц употребляющих каннабис или имеющих зависимость от каннабиоидов и здоровых лиц не обнаруживает различий в объеме мозга и хвостатого ядра. Однако, продолжительный прием каннабиоидов приводит прогрессирующему уменьшению серого вещества , особенно у больных шизофренией, у которых также каннабис вызывает резистентность позитивных и негативных симптомов к лечению.  Более выраженное уменьшение объема мозга больных шизофренией потребляющих каннабиоиды говорит о непрямом влиянии последних на течение заболевания.  Уменьшение объема мозга при шизофрении также связывают с нарушениями регуляции , а также реакциями систем дофамина и норадреналина на стресс.  

Помогает ли физическая активность на свежем воздухе лечению шизофрении? 

Некоторые исследования спортивных упражнений при шизофрении ( велосипедные тренировки в отличии от настольного тенниса) могут уменьшать выраженность атрофии гиппокампа у больных шизофренией, то есть способствовать обратимости патологического уменьшения объема этой структуры мозга ( Pajonk F. et.al., 2008).

Насколько объем мозга коррелирует с нарушениями интеллекта? 

   Еще Kraepelin и  Bleuler полагали, что нарушения мышления, памяти и внимания при шизофрении связаны с патологическими отклонениями в структурах мозга. Селективные ( избирательные ) исследования взаимосвязи между структурами мозга и когнитивными процессами при шизофрении показывают , что объем мозга в целом коррелирует с уровнем интеллекта , также как и со специфическими когнитивными функциями. Однако, это положение в большей степени справедливо для больных женского пола, но не мужского. Некоторые авторы при проведении радиологических исследований обнаружили не резко выраженные изменения , в частности, редукцию объема медиальной височной доли , верхней височной извилины и уменьшение объема гиппокампа у пациентов в состоянии психоза ( острого психоза), что говорит о "токсическом эффекте"  острого психоза.

Почему психиатры считают что изменения мозга при шизофрении не влияют на результат ее лечения?

 Несмотря на то, что методы визуализации мозга способствовали расширению представлений о состоянии структур мозга при шизофрении , они, как полагают обычные психиатры имеют сравнительно небольшую ценность для повседневной клинической практики. Некоторые исследователи предлагали считать уменьшение общего объема мозга , в качестве индикатора прогноза течения и исхода шизофрении, однако, о значении этих показателей , по мнению ряда, исследователей, можно говорить не ранее чем через два года после начала манифестации шизофрении.  Для того , чтобы понять механизмы развития  шизофрении следует более активно использовать новые методы визуализации мозга (DTI, MTR, fMRI) , ультра высоко - полевое изображение , которые могут объяснить изменения структурно - функциональные изменения при шизофрении.

Биполярное аффективное расстройство 

Какие факторы усложняют поиск объективных биологических маркеров биполярного аффективного расстройства? 

Такие факторы, как клиническая гетерогенность, высокая стоимость получения данных, различные протоколы обработки и анализа, недостаточно мощные и, как правило, поперечные исследовательские проекты, гипотезы после анализа и предвзятость публикации привели к различным результатам и затруднили открытие проверенных биологических маркеров биполярного расстройства. Гетерогенность участников исследований по ключевым переменным, влияющим на показатели мозга (например, диагностический метод, возраст на момент сканирования, возраст начала и продолжительность заболевания, статус приема лекарств и т. д.), добавляет шума к и без того к сложной задаче обнаружения тонких эффектов расстройства на показатели мозга, полученные с помощью магнитно-резонансной томографии. Высокая стоимость сбора данных магнитно-резонансной томографии может ограничивать размеры выборки исследования (большинство авторов собирают данные менее чем от 100 участников), что может ограничивать статистическую мощность, позволяющую обнаружить биологические эффекты или процесс моделирования сложных факторов, влияющих на симптомы биполярного аффективного расстройства. В меньших выборках гетерогенность пациентов ослабляет общий эффект, либо затрудняя обнаружение тонких изменений, либо переоценивая истинные эффекты биполярного расстройства. В более крупных исследованиях с повышенной статистической мощностью гетерогенность пациентов может привести к более «экологически обоснованной» выборке, которая представляет большую долю пространства пациентов. 

Почему результаты визуализации мозга при биполярном расстройстве заметно отличаются друг от друга? 

Различные методы обработки и анализа данных, полученных с помощью магнитно-резонансной томографии затрудняют сравнение результатов между исследованиями. Большинство исследований здесь являются поперечными, что ограничивает анализ статическими признаками мозга, а не потенциальными изменениями мозга по мере течения биполярного расстройства. Недостаточно мощные и неоднородные выборки исследования могут давать ложно-положительные результаты или переоценивать эффекты — ситуация, известная как «проклятие победителя». Наконец, многие исследования страдают от гипотез после анализа или предвзятости публикации. Более мелкие, хорошо контролируемые исследования, способны выявить глубокое исследование фенотипа и новые методы анализа, позволяющие выделить основные звенья патогенеза, связанного с определенными подгруппами пациентов или профилями симптомов. Эти проблемы способствовали «кризису репликации», затронувшему большую часть биомедицинских исследований в области психиатрии. 

Комплексный подход к исследованию пациента с колебаниями настроения 

С какими методами исследования биполярного аффективного расстройства сопоставляются результаты структурной и функциональной визуализации мозга?

Исследования мозга, полученные с помощью структурной и функциональной магнитно-резонансной томографии, направлены на изучения связи между структурами мозга ( на микро и макроуровнях), генами ( гены- кандидаты, исследования клинического экзома и исследования полного генома, наследственная предрасположенность) , окружающей средой ( инфекциями , интоксикацией, социально-трудовым статусом и др.), поведением ( феноменология, клиническая, психопатологическая симптоматика) , фармакологией ( лекарственные препараты) , биохимией ( биологические маркеры)  и биофизикой ( физиотерапия) и широко изучались при многих психических расстройствах, включая биполярное аффективное расстройство ( а в прошлом маниакально-депрессивный психоз).

Взаимосвязи генетики и радиологии

Что показали совместные исследования генома и визуализации мозга при биполярном аффективном расстройстве?

Исследования биполярного аффективного расстройства выявили новые генетические варианты, связанные с изменчивостью объемов определенных структур мозга, например таких как миндалевидное тело или гиппокамп (Hibar, D. P.,et.al., 2015).  

Можно ли сопоставлять результаты структурно-функционального изображения мозга с симптомами биполярного аффективного расстройства?

Биполярное аффективное расстройство - это широкая диагностическая категория с разнообразными клиническими характеристиками (симптомами), вероятно, включающими связанные между собой базовые подтипы (т. е. "биотипы", которые подразделяют или стратифицируют обычные диагностические категории). Эти подтипы, вероятно, различаются по базовому генетическому и экологическому риску, ответу на лечение, психическими, неврологическими и соматическими расстройствами, как сопутствующей патологией, клиническому течению, прогнозу и патогенезу.

Визуализация мозга при биполярном расстройстве

Что показывает визуализация мозга при биполярном аффективном расстройстве? 

Большое количество структурных и функциональных данных визуализации связывают биполярное аффективное расстройство с аномалиями в цепях (сетях) нейронов, связанных с обработкой эмоций и системой вознаграждения (Phillips, M. L., & Swartz, H. A., 2014).

Отсутствие специфики в результатах визуализации мозга при биполярном расстройстве , но четкий рисунок структурных и функциональных нарушений мозга у конкретного пациента

Почему структурно-функциональные изменения мозга при биполярном расстройстве имеют много причин?

 Различия между группами больных отражает либо ускоренную атрофию при биполярном расстройстве, потенциально связанную с прогрессированием поражения мозга, хронические эффекты заболевания или прием лекарств. Меньшие объемы могут представлять потенциальный фактор риска для биполярного расстройства, возникающих на ранних стадиях развития. Никаких структурных различий в мозге между подтипами биполярного расстройства (BD-I, BD-II и BD-NOS) обнаружено не было.

Структурная визуализация мозга

Какие структуры мозга чаще всего вовлечены в патогенез биполярного расстройства?

Структурные исследования показали изменения, связанные с биполярным аффективным расстройством, в корковых областях, включая префронтальную, переднюю височную и кору островка (Ganzola R. & Duchesne S., 2017), а также изменения в подкорковых структурах, таких как гиппокамп, таламус и миндалевидное тело (Hajek, T., et.al., 2012).

Желудочки мозга

Какие изменения желудочков мозга и его подкорковых структур фиксируются при биполярном расстройстве?

В среднем, более большие объемы билатеральных желудочков и более меньшие объемы гиппокампа, миндалины и таламуса были обнаружены у пациентов с биполярным аффективным расстройством по сравнению с контролем. 

Кора мозга

Какие изменения в коре мозга выявляются при биполярном расстройстве?

В литературе сообщалось об уменьшении толщины коры в передней поясной извилине, пара-поясной, верхней височной извилине и префронтальной областях при биполярном расстройстве (Hanford, L.et.al., 2018).  Более длительная продолжительность болезни связана с паттерном меньшей толщины коры, но не с изменениями площади поверхности. В общем сообщалось о более тонкой лобной и височной коре при биполярном расстройстве.  Регионы с наибольшими различиями включали вентральную - латеральную префронтальную кору, область, вовлеченную в патогенез биполярного расстройства. Также отмечалась меньшая толщина коры в нижних теменных, веретенообразных и нижних височных регионах у взрослых с биполярным расстройством. Структурные пораджения  в этих регионах были связаны с нарушениями сенсорной-моторной интеграции и речи, с измененным восприятием эмоций и быстрыми колебаниями настроения (Caspers, S.,et.al., 2010). 

Белое вещество мозга

Что показали исследования белого вещества мозга при биполярном расстройстве?

Исследования белого вещества у пациентов с биполярным расстройством с использованием диффузионной магнитно-резонансной томографии обнаружили нарушения в лобно-лимбических регионах белого вещества, важных для регуляции эмоций и обработки вознаграждения. Исследования диффузионной- тензорной визуализации (DTI) биполярного расстройства предполагают широко распространенные изменения белого вещества внутри и за пределами лобно-лимбических областей, которые, по-видимому, предшествуют эмоциональной нестабильности. Сообщалось о нарушениях лимбического и других трактов (Canales-Rodríguez, E.et.al., 2014). 

Какие изменения в значениях фракционной анизотропии мозга можно выявить у пациентов с биполярным аффективным расстройством?

Фракционная анизотропия (FA) - параметр направленности, согласованности и целостности белого вещества - в среднем ниже у пациентов с биполярным расстройством в 29 из 44 интересующих регионов, с наиболее сильными эффектами в мозолистом теле и поясной извилине.  Не было обнаружено существенных изменений FA между подтипами биполярного расстройства (диагноз BD-I и BD-II) или связанных с приемом антидепрессантов, тяжестью заболевания (измеряемой по количеству эпизодов настроения/длительности заболевания) или анамнезом симптомов психоза. Отметим, что глобальная картина микроструктурных аномалий может охватывать как шизофрению, так и биполярное расстройство. Измененная микроструктура белого вещества в cingulum, основном лимбическом пути, согласуется с сообщениями о нарушении лобно- лимбической связи при биполярном расстройстве (Mahon, K., et.al., 2010). FA нижней части мозолистого тела была зарегистрирована в мета-анализе ENIGMA DTI SCZ (Kelly S., et al., 2018) и большого депрессивного расстройства (van Velzen L., et al., 2019), что предполагает общие звенья патогенеза при психозе и аффективных расстройствах. 

Серое вещество мозга

Как препараты, используемые для лечения биполярного расстройства, влияют на серое вещество мозга?

Некоторые лекарства, обычно используемые для лечения биполярного расстройства, показали изменения размеров некоторых структур мозга, выявленных с помощью магнитно-резонансной томографии (Haukvik U., et al., 2020), включая увеличение серого вещества при приеме лития и атрофические эффекты противосудорожных препаратов (Hibar, D. P.,et.al, 2018).  Лечение противосудорожными препаратами было связано с более низкой толщиной коры, с наибольшим эффектом в билатеральных затылочных извилинах. Атипичные антипсихотики «второго поколения» связаны с меньшей площадью поверхности коры в ростральной средней лобной извилине, тогда как типичные антипсихотики «первого поколения» - с большей площадью поверхности в левой нижней теменной извилине.

Как лечение литием биполярного расстройства влияет на размеры таламуса, гиппокампа и фракционную анизотропию? 

Лечение литием было связано с большими объемами таламуса и коры мозга (с наибольшим эффектом в левой пара-центральной извилине) по сравнению с не лечеными лицами с биполярным расстройством (не находящиеся на лечении литием больные, имели меньшие объемы гиппокампа и таламуса, в среднем, и большие боковые желудочки). Лечение литием связано с более высокой фракционной анизотропией (FA) как в целом, так и в ряде конкретных регионов, включая лучистый венец, заднюю таламическую радиальную связку и внутреннюю капсулу (Favre, P.,et.al., 2019). 

Функциональная визуализация мозга при биполярном расстройстве

Что выявили исследования функциональной визуализации мозга при биполярном расстройстве? 

Исследования функциональной визуализации мозга связали измененную префронтальную, миндалевидную, височную и вентральную активность полосатого тела во время решения задач на эмоции и вознаграждение с биполярным расстройством (Sepede, G.,et.al., 2020). 

Какие задачи ставила перед собой рабочая группа по биполярному расстройству?

Рабочая группа по биполярному расстройству ENIGMA (Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis) была сформирована в 2012 году для открытий, получения консенсуса в результатах и информирования будущих исследований биполярного аффективного расстройства на основе гипотез. Рабочая группа ENIGMA по биполярному расстройству применяет стандартизированные методы обработки и анализа для крупномасштабных мета- и мега-анализов разных модальностей магнитно-резонансной томографии мозга и улучшения воспроизведения результатов исследований, связывающих вариации мозга с клиническими и генетическими данными. Первоначальные исследования рабочей группы изучения биполярного расстройства выявили  закономерности снижения толщины коры, изменения объема подкорковых структур и нарушенной целостности белого вещества. Исследования также касаются карт изменений мозга при приеме лекарств, таких как литий, ослабление симптомов и профилей  риска появления побочных эффектов, а также изучения  механизмов развития биполярного расстройства.

Выводы 

Визуализация мозга показала ассоциацию биполярного аффективного расстройства с аномалиями в цепях нейронов (сетях) нейронов, связанных с обработкой эмоций и системой вознаграждения

Структурная визуализация мозга показала увеличение объемов боковых желудочков мозга и уменьшение объемов гиппокампа, миндалины и таламуса, а также уменьшении толщины коры в передней поясной, пара-поясной, верхней височной извилинах и вентральной латеральной префронтальной областях при биполярном расстройстве  

Магнитно-резонансная томография показывает увеличение серого вещества таламуса и коры мозга при приеме лития и атрофические эффекты в билатеральных затылочных извилинах. при приеме противосудорожных препаратов, причем, атипичные антипсихотики «второго поколения» связаны с меньшей площадью поверхности коры в ростральной средней лобной извилине, типичные антипсихотики «первого поколения» - с большей площадью поражения поверхности коры в левой нижней теменной извилине.

Фракционная анизотропия имеет низкие  у пациентов с биполярным расстройством в 29 из 44 регионов, с особенно выраженными изменениями в мозолистом теле и поясной извилине; высокая фракционная анизотропия связана с более поздним началом и его более короткой продолжительностью расстройства.

Помимо структурного изображения мозга, современная визуализация мозга включает: функциональную магнитно-резонансную томографию. позволяющая оценить состояние кровотока мозго; одно-фотонную эмиссионную компьютерную томография для изучения мозгового кровотока и рецепторов нейронов; магнитно-резонансную спектроскопию; позитронную-эмиссионную томографию, необходимую для оценки метаболизма, мозгового кровотока и оценки качества функционирования ряда рецепторов. 

На результаты нейрофизиологических и нейропсихологических исследований показывают, что: поражения мозга при психоневрологических расстройствах не всегда четко локализованы, редко находятся в одном и том же месте, данные обычно скудны, а пациенты различаются с демографической точки зрения.

Сканеры 7 Тесла пригодны для дополнительного повышения чувствительности и специфичности, однако, более сильные магниты также приводят и к более заметным артефактам восприимчивости, которые негативно влияют на контрасты функциональной магнитно-резонансной томографии.

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет дифференцировать эмоций, определить их валентность, понять образование условных рефлексов, условия и особенности системы вознаграждения

Анализы «связности» можно использовать для изучения взаимодействий между регионами коры мозга как во время активации мозга при решении тех или иных задач, так и в состоянии покоя; изучение функциональной "связности" особенно актуальна для нейропсихологии

"Режим по умолчанию", необходим для мониторинга окружающей среды, интеграции когнитивной и эмоциональной информации и изменения в ходе развития нервной системы.  

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет выявить маркеров функции мозга пригодные для классификации и мониторинга психоневрологических расстройств, а также провести предоперационное планирование в нейрохирургии, которое может повлиять на сохранение двигательных и речевые функций, а также  памяти

При шизофрении имеет место атрофия серого вещества, затрагивающая таламус и базальные ганглии и области коры мозга, включая лобную (зона Брока) , лобную кору и кору островка, височную и затылочную доли, а также мозжечок

Мульти-модальная интеграция изображений объединяет структурную и функциональную магнитно-резонасную томографию

Исследование полного генома в совокупности с данными магнитно-резонансной томографии поволяет выделить генотипы генов риска шизофрении, модулирующих структуру и функцию мозга

У пациентов с терапевтической резистентностью к антипсихотикам увеличена функциональная связность, находящиейся в покое сенсорной-моторной сети, особенно в полосатом теле.

Высокий полигенный риск шизофрении связан с более тонкой вентральной и медиальной префронтальной корой мозга

Перекрестные исследования не позволяют выявить специфические нарушения в структурах и связях мозга при шизофрении, биполярном аффективном расстройстве и большом депрессивном расстройстве, но это не является препятствием для эффективного лечения пациентов с этой патологией.  

"Эпицентры" ( истоки) патологического процесса при шизофрении  можно выявить с помощью современных методов исследования, основанных на визуализации и ключевых генетических, химических, когнитивных и психопатологических показателей/ критериев шизофрении.

Литература

Almeida, J. R., Versace, A., Hassel, S., Kupfer, D. J., & Phillips, M. L. (2010). Elevated amygdala activity to sad facial expressions: a state marker of bipolar but not unipolar depression. Biological psychiatry, 67(5), 414-421.

Anderson, R. E. (1996). Cerebral blood flow xenon-133. Neurosurgery Clinics, 7(4), 703-708.

Bandettini, P. A., Wong, E. C., Hinks, R. S., Tikofsky, R. S., & Hyde, J. S. (1992). Time course EPI of human brain function during task activation. Magnetic resonance in medicine, 25(2), 390-397.

Bennett, M. R., Hatton, S., Hermens, D. F., & Lagopoulos, J. (2016). Behavior, neuropsychology and fMRI. Progress in neurobiology, 145, 1-25.

Cabeza, R., & Nyberg, L. (1997). Imaging cognition: An empirical review of PET studies with normal subjects. Journal of cognitive neuroscience, 9(1), 1-26.

Chaillou, F., (1863). Ramollissement multiple du cerveau. Bulletin de la Société Anatomique de Paris, 8(2), 70-73

Ende, G. (2015). Proton magnetic resonance spectroscopy: relevance of glutamate and GABA to neuropsychology. Neuropsychology review, 25, 315-325.

Fox, P. T., Mintun, M. A., Raichle, M. E., Miezin, F. M., Allman, J. M., & Van Essen, D. C. (1986). Mapping human visual cortex with positron emission tomography. Nature, 323(6091), 806-809.

Greenberg, J. H., Reivich, M., Alavi, A., Hand, P., Rosenquist, A., Rintelmann, W., ... & Wolf, A. (1981). Metabolic mapping of functional activity in human subjects with the [18F] fluorodeoxyglucose technique. Science, 212(4495), 678-680.

Gur, R. C., & Reivich, M. (1980). Cognitive task effects on hemispheric blood flow in humans: Evidence for individual differences in hemispheric activation. Brain and language, 9(1), 78-92.

Gur, R. E., Gur, R. C., Skolnick, B. E., Caroff, S., Obrist, W. D., Resnick, S., & Reivich, M. (1985). Brain function in psychiatric disorders: III. Regional cerebral blood flow in unmedicated schizophrenics. Archives of general psychiatry, 42(4), 329-334.

Gur, R. E., McGrath, C., Chan, R. M., Schroeder, L., Turner, T., Turetsky, B. I., ... & Gur, R. C. (2002). An fMRI study of facial emotion processing in patients with schizophrenia. American Journal of Psychiatry, 159(12), 1992-1999.

Gur, R. E., Nimgaonkar, V. L., Almasy, L., Calkins, M. E., Ragland, J. D., Pogue-Geile, M. F., ... & Gur, R. C. (2007). Neurocognitive endophenotypes in a multiplex multigenerational family study of schizophrenia. American Journal of Psychiatry, 164(5), 813-819.

Gur, R. C., Richard, J., Hughett, P., Calkins, M. E., Macy, L., Bilker, W. B., ... & Gur, R. E. (2010). A cognitive neuroscience-based computerized battery for efficient measurement of individual differences: standardization and initial construct validation. Journal of neuroscience methods, 187(2), 254-262.

Gusnard, D. A., & Raichle, M. E. (2001). Searching for a baseline: functional imaging and the resting human brain. Nature reviews neuroscience, 2(10), 685-694.

Jackson, J. H., & Owen, R. (1863). Suggestions for Studying Diseases of the Nervous System on Professor Owens Vertebral Theory. HK Lewis.

Hall, J., Whalley, H. C., McKirdy, J. W., Romaniuk, L., McGonigle, D., McIntosh, A. M., ... & Lawrie, S. M. (2008). Overactivation of fear systems to neutral faces in schizophrenia. Biological psychiatry, 64(1), 70-73.

Houdé, O., Rossi, S., Lubin, A., & Joliot, M. (2010). Mapping numerical processing, reading, and executive functions in the developing brain: an fMRI meta‐analysis of 52 studies including 842 children. Developmental science, 13(6), 876-885.

Lane, R. D., Reiman, E. M., Axelrod, B., Yun, L. S., Holmes, A., & Schwartz, G. E. (1998). Neural correlates of levels of emotional awareness: Evidence of an interaction between emotion and attention in the anterior cingulate cortex. Journal of cognitive neuroscience, 10(4), 525-535.

Mariani, G., Bruselli, L., Kuwert, T., Kim, E. E., Flotats, A., Israel, O., ... & Watanabe, N. (2010). A review on the clinical uses of SPECT/CT. European journal of nuclear medicine and molecular imaging, 37, 1959-1985.

O’Reilly, J. X., Woolrich, M. W., Behrens, T. E., Smith, S. M., & Johansen-Berg, H. (2012). Tools of the trade: psychophysiological interactions and functional connectivity. Social cognitive and affective neuroscience, 7(5), 604-609.

Obrist, W. D., THOMPSON JR, H. K., Wang, H. S., & Wilkinson, W. E. (1975). Regional cerebral blood flow estimated by 133Xenon inhalation. Stroke, 6(3), 245-256.

Phan, K. L., Wager, T., Taylor, S. F., & Liberzon, I. (2002). Functional neuroanatomy of emotion: a meta-analysis of emotion activation studies in PET and fMRI. Neuroimage, 16(2), 331-348.

Power, J. D., Cohen, A. L., Nelson, S. M., Wig, G. S., Barnes, K. A., Church, J. A., ... & Petersen, S. E. (2011). Functional network organization of the human brain. Neuron, 72(4), 665-678.

Raichle, M. E., & Snyder, A. Z. (2007). A default mode of brain function: a brief history of an evolving idea. Neuroimage, 37(4), 1083-1090.

Roalf D., Gur R. Neuropsychology. Functional Brain Imaging in Neuropsychology over the past 25 years/  Neuropsychology. 2017 Nov; 31(8): 954–971. 

Stuss, D. T., & Knight, R. T. (Eds.). (2013). Principles of frontal lobe function. Oxford University Press, USA.

Yoo, S. Y., Yeon, S., Choi, C. H., Kang, D. H., Lee, J. M., Shin, N. Y., ... & Kwon, J. S. (2009). Proton magnetic resonance spectroscopy in subjects with high genetic risk of schizophrenia: investigation of anterior cingulate, dorsolateral prefrontal cortex and thalamus. Schizophrenia research, 111(1-3), 86-93.

Wernicke, C., & Wernicke, C. (1974). Der Aphasische Symptomenkomplex: eine psychologische Studie auf anatomischer basis. Der aphasische Symptomencomplex: Eine psychologische Studie auf anatomischer Basis, 1-70.

Wolf, D. H., Satterthwaite, T. D., Calkins, M. E., Ruparel, K., Elliott, M. A., Hopson, R. D., ... & Gur, R. E. (2015). Functional neuroimaging abnormalities in youth with psychosis spectrum symptoms. JAMA psychiatry, 72(5), 456-465.

Van Den Heuvel, M. P., & Pol, H. E. H. (2010). Exploring the brain network: a review on resting-state fMRI functional connectivity. European neuropsychopharmacology, 20(8), 519-534.

Canales-Rodríguez, E. J., Pomarol-Clotet, E., Radua, J., Sarró, S., Alonso-Lana, S., Bonnín, C. D. M. & Salvador, R. (2014). Structural abnormalities in bipolar euthymia: a multicontrast molecular diffusion imaging study. Biological psychiatry, 76(3), 239-248.

Caspers, S., Zilles, K., Laird, A. R., & Eickhoff, S. B. (2010). ALE meta-analysis of action observation and imitation in the human brain. Neuroimage, 50(3), 1148-1167.

Favre, P., Pauling, M., Stout, J., Hozer, F., Sarrazin, S., Abé, C. & ENIGMA Bipolar Disorder Working Group. (2019). Widespread white matter microstructural abnormalities in bipolar disorder: evidence from mega-and meta-analyses across 3033 individuals. Neuropsychopharmacology, 44(13), 2285-2293.

Ganzola, R., & Duchesne, S. (2017). Voxel‐based morphometry meta‐analysis of gray and white matter finds significant areas of differences in bipolar patients from healthy controls. Bipolar disorders, 19(2), 74-83.

Hajek, T., Kopecek, M., Höschl, C., & Alda, M. (2012). Smaller hippocampal volumes in patients with bipolar disorder are masked by exposure to lithium: a meta-analysis. Journal of Psychiatry and Neuroscience, 37(5), 333-343.

Hanford, L. C., Nazarov, A., Hall, G. B., & Sassi, R. B. (2016). Cortical thickness in bipolar disorder: a systematic review. Bipolar disorders, 18(1), 4-18.

Haukvik, U. K., Gurholt, T. P., Nerland, S., Elvsåshagen, T., Akudjedu, T. N., Alda, M., & ENIGMA Bipolar Disorder Working Group. (2022). In vivo hippocampal subfield volumes in bipolar disorder—A mega‐analysis from the enhancing neuro imaging genetics through Meta‐Analysis Bipolar Disorder Working Group. Human brain mapping, 43(1), 385-398.

Hibar, D. P., Stein, J. L., Renteria, M. E., Arias-Vasquez, A., Desrivières, S., Jahanshad, N., & Perez-Iglesias, R. (2015). Common genetic variants influence human subcortical brain structures. Nature, 520(7546), 224-229.

Hibar, D. P., Westlye, L. T., Doan, N. T., Jahanshad, N., Cheung, J. W., Ching, C. R., ... & Andreassen, O. A. (2018). Cortical abnormalities in bipolar disorder: an MRI analysis of 6503 individuals from the ENIGMA Bipolar Disorder Working Group. Molecular psychiatry, 23(4), 932-942.

Holland, D., Frei, O., Desikan, R., Fan, C. C., Shadrin, A. A., Smeland, O. B., ... & Dale, A. M. (2020). Beyond SNP heritability: Polygenicity and discoverability of phenotypes estimated with a univariate Gaussian mixture model. PLoS Genetics, 16(5), e1008612.

Kelly, S., Jahanshad, N., Zalesky, A., Kochunov, P., Agartz, I., Alloza, C.& Yamamori, H. (2018). Widespread white matter microstructural differences in schizophrenia across 4322 individuals: results from the ENIGMA Schizophrenia DTI Working Group. Molecular psychiatry, 23(5), 1261-1269.

Mahon, K., Burdick, K. E., & Szeszko, P. R. (2010). A role for white matter abnormalities in the pathophysiology of bipolar disorder. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 34(4), 533-554.

Phillips, M. L., & Swartz, H. A. (2014). A critical appraisal of neuroimaging studies of bipolar disorder: toward a new conceptualization of underlying neural circuitry and a road map for future research. American Journal of Psychiatry, 171(8), 829-843.

Sepede, G., Chiacchiaretta, P., Gambi, F., Di Iorio, G., De Berardis, D., Ferretti, A.. & Di Giannantonio, M. (2020). Bipolar disorder with and without a history of psychotic features: fMRI correlates of sustained attention. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 98, 109817.

Van Velzen, L. S., Kelly, S., Isaev, D., Aleman, A., Aftanas, L. I., Bauer, J., & Schmaal, L. (2020). White matter disturbances in major depressive disorder: a coordinated analysis across 20 international cohorts in the ENIGMA MDD working group. Molecular psychiatry, 25(7), 1511-1525.

Carter CS, Mintun M, Nichols T et al. Anterior cingulate gyrus dysfunction and selective attention deficits in schizophrenia: [15O]H2O PET study during single‐trial Stroop task performance. Am J Psychiatry 1997;154:1670‐5

Dickie EW, Anticevic A, Smith DE et al. Ciftify: a framework for surface‐based analysis of legacy MR acquisitions. Neuroimage 2019;197:818‐26.

Fryer SL, Woods SW, Kiehl KA et al. Deficient suppression of default mode regions during working memory in individuals with early psychosis and at clinical high‐risk for psychosis. Front Psychiatry 2013;4:92

Ingvar DH, Franzén G. Abnormalities of cerebral blood flow distribution in patients with chronic schizophrenia. Acta Psychiatr Scand 1974;50:425‐62

Parkes L, Satterthwaite TD, Bassett DS. Towards precise resting‐state fMRI biomarkers in psychiatry: synthesizing developments in transdiagnostic research, dimensional models of psychopathology, and normative neurodevelopment. Curr Opin Neurobiol 2020;65:120‐8.

Shaffer JJ, Peterson MJ, McMahon MA et al. Neural correlates of schizophrenia negative symptoms: distinct subtypes impact dissociable brain circuits. Mol Neuropsychiatry 2015;1:191‐200.

 Silbersweig DA, Stern E, Frith C et al. A functional neuroanatomy of hallucinations in schizophrenia. Nature 1995;378:176‐9.

Abé, C., Petrovic, P., Ossler, W., Thompson, W. H., Liberg, B., Song, J., ... & Landén, M. (2021). Genetic risk for bipolar disorder and schizophrenia predicts structure and function of the ventromedial prefrontal cortex. Journal of Psychiatry and Neuroscience, 46(4), E441-E450.

Brown, J. A., Deng, J., Neuhaus, J., Sible, I. J., Sias, A. C., Lee, S. E., ... & Seeley, W. W. (2019). Patient-tailored, connectivity-based forecasts of spreading brain atrophy. Neuron, 104(5), 856-868.

Crow, T. J. (1997). Is schizophrenia the price that Homo sapiens pays for language?. Schizophrenia research, 28(2-3), 127-141.

Dong, D., Wang, Y., Chang, X., Luo, C., & Yao, D. (2018). Dysfunction of large-scale brain networks in schizophrenia: a meta-analysis of resting-state functional connectivity. Schizophrenia bulletin, 44(1), 168-181.

Jiang, Y., Wang, Y., Huang, H., He, H., Tang, Y., Su, W., ... & Luo, C. (2022). Antipsychotics effects on network-level reconfiguration of cortical morphometry in first-episode schizophrenia. Schizophrenia Bulletin, 48(1), 231-240.

Jiang Y., et.al. Neuroimaging Epicenters as Potential Sites of Neuroanatomical Pattern Emergence in Schizophrenia. Sci Adv. 2024 Jun 14;10(24):eadk6063

Hettwer, M. D., Larivière, S., Park, B. Y., van den Heuvel, O. A., Schmaal, L., Andreassen, O. A., ... & Valk, S. L. (2022). Coordinated cortical thickness alterations across six neurodevelopmental and psychiatric disorders. Nature communications, 13(1), 6851.

Kubota, M., van Haren, N. E., Haijma, S. V., Schnack, H. G., Cahn, W., Pol, H. E. H., & Kahn, R. S. (2015). Association of IQ changes and progressive brain changes in patients with schizophrenia. JAMA psychiatry, 72(8), 803-812.

McNabb, C. B., Sundram, F., Soosay, I., Kydd, R. R., & Russell, B. R. (2018). Increased sensorimotor network connectivity associated with clozapine eligibility in people with schizophrenia. Psychiatry Research: Neuroimaging, 275, 36-42.

Lv, J., Di Biase, M., Cash, R. F., Cocchi, L., Cropley, V. L., Klauser, P., ... & Zalesky, A. (2021). Individual deviations from normative models of brain structure in a large cross-sectional schizophrenia cohort. Molecular psychiatry, 26(7), 3512-3523.

Palaniyappan, L. (2017). Progressive cortical reorganisation: a framework for investigating structural changes in schizophrenia. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 79, 1-13.

Pan Y., Pu W., Chen X., Huang X., Cai Y., Tao H., Xue Z., Mackinley M., Limongi R., Liu Z., Palaniyappan L., Morphological profiling of schizophrenia: Cluster analysis of MRI-based cortical thickness data. Schizophr. Bull. 46, 623–632 (2020).

Yarkoni, T., Poldrack, R. A., Nichols, T. E., Van Essen, D. C., & Wager, T. D. (2011). Large-scale automated synthesis of human functional neuroimaging data. Nature methods, 8(8), 665-670.

van Erp T. et.al. Subcortical brain volume abnormalities in 2028 individuals with schizophrenia and 2540 healthy controls via the ENIGMA consortium. Mol. Psychiatry 21, 547–553 (2016)