Когда определенные связи в мозге функционируют неправильно, могут возникнуть такие расстройства, как болезнь Паркинсона, дистония, обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) и синдром Туретта. Целенаправленная стимуляция определенных участков мозга может помочь облегчить симптомы. Чтобы точно определить терапевтические зоны мозга, команда под руководством исследователей из Университета Шарите и Женской больницы Бригхэма проанализировала данные пациентов со всего мира, которым были имплантированы крошечные электроды для стимуляции мозга. В результате была составлена уникальная карта нарушенных сетей мозга, которая опубликована в журнале Nature Neuroscience.
Неврологические и нервно-психические расстройства проявляются широким спектром различных симптомов – от нарушений настроения и обработки информации до двигательных расстройств. Но у них есть одна общая черта: они связаны с расстройством связей между определенными областями мозга. Упрощенно говоря, когда цепи становятся нефункциональными, они могут действовать как тормоз на функции мозга, которые эта цепь обычно выполняет.
Глубокая стимуляция мозга (DBS) нацелена на такие неисправные цепочки и может помочь облегчить симптомы в различных областях. При этом нейрохирургическом методе небольшие электроды имплантируются в определенные области мозга. Затем они излучают слабые электрические импульсы в окружающие ткани. Воздействие стимуляции распространяется по нейронным путям к более отдаленным участкам мозга, однако стимуляция не всегда бывает успешной. Даже небольшие расхождения в расположении электродов могут привести к ослаблению эффекта от лечения.
Вопрос о том, какие именно контуры мозга необходимо стимулировать для достижения оптимальных результатов, встал перед международной командой под руководством нейробиологов профессора Андреаса Хорна и доктора Нингфей Ли. Их цель состояла в том, чтобы лучше понять, где в мозге можно запустить «тормоза» с помощью нейромодуляции, чтобы нормализовать симптомы, например, болезни Паркинсона.
В работе рассматривается кажущийся парадокс, который давно известен в этой области. Определенная область базальных ганглиев, называемая субталамическим ядром, считается эффективной мишенью для лечения симптомов болезни Паркинсона и дистонии, которые входят в спектр двигательных расстройств. Недавно эта же область мозга была идентифицирована как успешная мишень для лечения нейропсихиатрических расстройств, таких как ОКР и тики.
В связи с этим возник вопрос, как такое маленькое ядро, длиной всего около сантиметра, может быть эффективной мишенью для лечения симптомов столь разных нарушений работы мозга. Чтобы изучить этот вопрос, команда проанализировала данные 534 электродов DBS, имплантированных 261 пациенту по всему миру. Из них у 70 пациентов была диагностирована дистония, у 127 – болезнь Паркинсона, у 50 – ОКР и у 14 – синдром Туретта. Используя разработанное программное обеспечение, исследователи реконструировали точное расположение каждого электрода. Затем с помощью компьютерного моделирования были составлены карты нейронных путей, которые активировались у пациентов с оптимальными или безуспешными результатами лечения.
Используя полученные данные, ученые смогли определить конкретные мозговые цепи, которые стали дисфункциональными при каждом из расстройств. Они были связаны с соответствующими областями лобной части мозга, которые играют важную роль в моторных функциях, контроле импульсов и обработке информации. «Выявленные нами схемы частично перекрываются, что, на наш взгляд, означает, что нарушения, отражающиеся в изучаемых симптомах, не являются полностью независимыми друг от друга», – говорит Барбара Холлундер, первый автор исследования.
Это означает, что в качестве первого шага исследователям удалось локализовать именно те сети в переднем и среднем мозге, которые имеют решающее значение для лечения болезни Паркинсона, дистонии ОКР и синдрома Туретта. Применяя этот же подход к расстройствам с различными симптомами, мы постепенно получаем карту, на которой отмечено, как определенные мозговые цепи связаны с определенными симптомами. «По аналогии с терминами «коннектом», который описывает полную карту всех нейронных связей, существующих в мозге, и «геном», который используется для обозначения полного набора генетической информации, содержащейся в организме, мы придумали термин «дисфунктом» человека. Мы надеемся, что однажды дисфункция будет описывать всю совокупность мозговых цепей, которые обычно становятся нефункциональными в результате сетевых нарушений», – объясняет Холлундер.
Результаты исследования уже принесли пользу первым пациентам. Тонкая настройка и точное размещение электродов позволили облегчить симптомы тяжелого, устойчивого к лечению ОКР. «Мы планируем усовершенствовать методику и еще более точно определить дисфункциональные цепи мозга для конкретных симптомов. Например, мы могли бы выделить цепи, вовлеченные в обсессии или компульсии при ОКР, или другие симптомы, часто встречающиеся у таких пациентов, такие как депрессия и тревожные расстройства, чтобы еще больше индивидуализировать лечение», – говорит Нинфей Ли, заглядывая в будущее.
Ученые также считают, что за улучшение того или иного симптома может отвечать не одна область мозга. Они подозревают, что нейронные сети сами передают терапевтические эффекты, которые могут быть модулированы из различных точек мозга. Это означает, что исследование не только дает ценные сведения для целенаправленного нейрохирургического лечения, но и может вдохновить на создание подходов к неинвазивной нейромодуляции, таких как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), при которой магнитные поля используются для стимуляции определенных областей мозга извне, без необходимости хирургического вмешательства.
[Фото: © Charité | Barbara Hollunder]