ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 453, № 2, с. 218-221
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 57.037
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИИ ГЕМОДИНАМИЧЕСКОГО ОТВЕТА В МОЗГЕ БОЛЬНЫХ ШИЗОФРЕНИЕЙ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СЛУХОВОЙ ПАРАДИГМЫ ODDBALL
© 2013 г. М. В. Ублинский, Н. А. Семенова, Т. А. Ахадов, А. В. Петряйкин, И. С. Лебедева, А. Ф. Ефремкин, А. С. Тюрнева, В. Г. Каледа
Представлено академиком М.В. Угрюмовым 01.10.2012 г. Поступило 01.10.2012 г.
DOI: 10.7868/S0869565213320248
Выполнение какой-либо задачи вызывает в специфических локусах головного мозга активацию кровотока, лишь частично соответствующую увеличению потребления кислорода [1]. Это приводит к росту концентрации оксигемоглобина (Hb) относительно концентрации дезоксигемоглобина (dHb). Последний является МРТ-контрастом (магнитно-резонансная томография), снижающим Т2* протонов тканевой воды [2]. Таким образом, изменение [ Hb ]
[dHb] создает контраст, зависящий от степени
насыщения крови кислородом (blood oxygenation level, BOLD-контраст) и опосредованно характеризующий активность нейронов.
BOLD-сигнал визуализируется в МРТ-изобра-жениях как локальные изменения контрастности в течение 2—16 с после предъявления стимула.
Основанная на регистрации BOLD-сигнала функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) широко используется для выявления зон активности в мозге в норме и получила широкое применение для исследования патогенеза различных психических расстройств, в том числе такого, как шизофрения [3].
Известно, что у больных шизофренией нарушены концентрация внимания и рабочая память [4]. В рамках фМРТ-исследований часто используют задачу на избирательное внимание — парадигму oddball, которая заключается в предъявлении стимулов двух видов с инструкцией реагиро-
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской Академии наук, Москва Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской Академии наук, Москва Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии, Москва Научный центр психологического здоровья Российской академии медицинских наук, Москва
вать только на стимулы одного типа, называемые целевыми, и игнорировать стимулы другого типа, называемые нецелевыми.
Предъявление чередующихся целевых и нецелевых стимулов позволяет выявить области мозга, активация которых соотносится по времени с предъявлением каждого вида стимулов. Появляется возможность определить локусы, активирующиеся при правильных ответах, отделить их от областей, связанных с ошибками, и установить связи между активацией мозга и работой.
При исследовании психически здоровых испытуемых c применением парадигмы oddball были обнаружены достоверные различия гемодина-мического ответа (ГО) на предъявление целевых и нецелевых слуховых стимулов в различных отделах головного мозга, в том числе в префронталь-ной коре, верхней височной извилине, передней и задней поясной извилине, средней и верхней лобных извилинах, премоторной коре, островке, гиппокампе и ряде других [5—7].
По сравнению с нормой у больных шизофренией был зарегистрирован сниженный ГО на предъявление целевых слуховых стимулов в дор-солатеральной префронтальной коре обоих полушарий, орбитофронтальной коре, средней лобной и верхней височной извилинах, передней части поясной извилины, субгенуальной области в правом полушарии, а также в хвостатом ядре и та-ламусе левого полушария [8]. Однако в других работах [9] при выполнении аналогичной задачи не выявлено измененного ГО у больных по сравнению с контролем ни в одном из локусов мозга. Отмеченные расхождения могут быть обусловлены тем, что в [9] анализ данных проводился с использованием сегментации коры в пространстве Талайраха, которое не учитывает индивидуальные особенности анатомии мозга и игнорирует вид функции ГО; в работе [8] исследована функция ГО для каждого индивидуума. Последний
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИЙ ГЕМОДИНАМИЧЕСКОГО ОТВЕТА
219
подход позволяет оценивать временные зависимости и амплитуду ГО и поэтому является более информативным.
Целью настоящей работы явилось исследование особенностей функции ГО на предъявление целевых стимулов в слуховой модальности парадигмы oddball в специфических локусах мозга больных юношеской шизофренией, находящихся в состоянии ремиссии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В исследовании приняли участие 16 испытуемых юношеского возраста 19—25 лет, правшей, без нарушений слуха. Группа патологии состояла из 8 пациентов мужского пола с диагнозом шизофрения (F20.09, ICD-10). Все больные получали индивидуально подобранную медикаментозную терапию, включавшую нейролептики, антихо-линэргические препараты, в некоторых случаях антидепрессанты, противосудорожные препараты, анксиолитики. Набор больных осуществлялся из числа пациентов, наблюдающихся после первого перенесенного приступа юношеской шизофрении, на этапе ремиссии, в период после выписки из клиники НЦПЗ РАМН. Контрольная группа включала 8 психически и неврологически здоровых мужчин, без наследственного отягощения по психическим заболеваниям. Средний возраст пациентов в обеих группах составлял 22.8 ± ± 3.2, в группе контроля — 22.1 ± 1.9, межгрупповых различий по этому параметру не было.
МРТ-исследования проводили на МР-томогра-фе 3.0 Т Achieva ("Philips", Нидерланды), оснащенном градиентной системой Dual Quasar. Использовали 8-канальную приемную радиочастотную катушку для головы. Структурные изображения головного мозга высокого разрешения получали, используя импульсную последовательность турбо-полевого эха с релаксационной задержкой TR = 8.2 мс, временем эхо TE = 3.7 мс, углом поворота вектора намагниченности FA = 8°, временем инверсии TI = 1021 мс, числом эхо 240, фактором ускорения сбора данных (SENSE factor = 1.5), полем обзора FOV = 240 мм, числом накоплений NSA = 1. Для проведения фМРТ-исследования использовали последовательность T2 EPI; TR = = 2000 мс, TE = 30 мс, EPI-фактор = 240, количество срезов = 30, толщина среза = 4 мм, NSA = 1, число динамик = 150, длительность одной динамики = 2 с.
Испытуемым предъявляли аудиостимуляцию с применением приставки Eloquence (In-vivo "Philips", Нидерланды) и стимулов в слуховой модальности парадигмы oddball. Вероятность предъявления целевого стимула (тон, частота 2 кГц) составляла 0.2 и нецелевого (тон, частота 1 кГц) 0.8, громкость звука была около 70—80 дБ, интервал между стимулами 2 с с вариацией в пределах 20%.
Испытуемые получали инструкцию нажимать на кнопку большим пальцем правой руки при предъявлении целевого стимула.
фМРТ-данные, полученные в ходе сканирования, сохраняли в формате DICOM 3.0. Анализ проводили с помощью встроенного пакета фМРТ-об-работки iViewBOLD на графической станции EWS (Extended work space, "Philips", Нидерланды), а также обрабатывали в программном приложении SPM8, функционирующем в оболочке Matlab производства "The FIL methods group", Великобритания http ://www.fil.ion.ucl.ac .uk/spm/software/spm8/. В этом программном приложении индивидуальные данные о трехмерной структуре мозга нормализовали в соответствии с международным анатомическим атласом Талайраха, результаты фМРТ совмещали с парадигмой оddball, используя общую линейную модель (General Linear Model).
В области моторной коры, соответствующей активации движения большого пальца, и в области слуховой коры проводили анализ нативного BOLD-сигнала. Для этого вручную выделяли зоны активации на ФМ-томограммах в моторной и слуховой коре (области определяли согласно [15]) и сопоставляли временую шкалу целевых стимулов с максимумами контраста в выделенных областях. Определяли амплитуды ГО, нормируя их на базовые значения сигнала. Данные экспортировали в текстовый формат, используя приложение Quantitative analysis, EWS ("Philips", Нидерланды). Статистическую обработку данных BOLD-ответа проводили в пакете STATISTICA 6.0. Межгрупповые различия выявляли по критерию Манна— Уитни.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 представлена аксиальная проекция типичных данных объемного гемодинамического ответа (ГО) на предъявление звуковых стимулов, полученная с помощью программного пакета SPM8. Можно видеть, что наиболее выраженными зонами активации ГО являются зоны слуховой и моторной коры, область префронтальной коры активирована значительно слабее. Межгрупповой анализ этих данных был проведен в [12], где мы выявили отсутствие статистически достоверных различий ГО в функционально значимых областях: слуховой коре, моторной коре и префронтальной коре. Поэтому в настоящем исследовании мы использовали анализ нативного ВОЬЭ-сигнала, ожидая получить дополнительную информацию об особенностях ГО, связанных, в первую очередь, с временной зависимостью относительной концентрации dHb в условиях предъявления нагрузки. Такой анализ проведен в максимально активированных областях (рис. 1) — в зонах премоторной и слуховой коры.
220
Слуховая кора
УБЛИНСКИИ и др.
1.035
Норма Патология
Моторная кора
Префронтальная кора
Рис. 1. Зоны ГО на карте головного мозга (аксиальная
проекция) в пространстве Талайраха.
График функции ГО в зоне, ответственной за активацию движений большого пальца правой руки, представлен на рис. 2.
Вид функции ГО для обеих групп соответствует литературным данным: максимум наблюдается на 6-й секунде, к 10-й секунде значения возвращаются к исходным [13]. Временной задержки ГО у больных по сравнению с нормой не наблюдается, но амплитуда BOLD-сигнала на 4—8-й секунде в группе патологии достоверно ниже, чем у нормы. Таким образом, отличительной особенностью ГО на целевые стимулы в моторной коре у пациентов является сниженная амплитуда сигнала. Наблюдаемый эффект может быть следствием воздействия терапии. Анализ амплитуды, вида и временных характеристик функции ГО моторной коры в ответ на целевые стимулы в парадигме oddball показал, что у больных, получавших анти-психотики, исследуемые параметры не отличаются от нормы [11]. Таким образом, можно полагать, что наблюдаемое в нашем исследовании снижение амплитуды функции ГО в моторной коре не обусловлено действием терапии, а является характеристикой моторной коры больных в начальной стадии шизофрении.
Анализ функции ГО
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.