SOME THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECTS OF SYSTEM PSYCHONEUROLOGY

Full Text

Концепция коннектома и системная психоневрология. Функционирование центральной нервной системы (ЦНС) определяется способностью к наиболее быстрой и точной передаче информации. Ключевое значение имеет тот факт, насколько успешно передаётся информация как между различными близко расположенными нейронами, так и между нейронами, располагающимися на расстоянии [17]. Поэтому неудивительно, что в настоящее время при рассмотрении принципов функционирования ЦНС все большее значение придаётся церебральным связям различного характера и различной протяжённости [32]. Следует заметить, что исследования по изучению проводящих путей головного мозга с помощью МРТ и значения поражения этих путей в генезе когнитивных нарушений активно проводятся, как в нашей стране, так и за рубежом [1, 5, 15, 55]. При этом синдром «разобщения» имеет значение не только при неврологических заболеваниях, но и при психиатрической патологии [3], в частности, при шизофрении [4]. По данным методов функциональной нейровизуализации даже при отсутствии непосредственных анатомических связей (аксонов, проводящих путей в белом веществе головного мозга) функциональные связи могут обеспечить осуществление деятельности ЦНС. Функциональные связи характеризуются крайней динамичностью, они могут изменяться в течение секунд или часов, влияя, в частности, на уровень сознания или когнитивные функции. Более длительные временные периоды требуются для изменения анатомических и функциональных связей при обучении [32]. Успехи, достигнутые в последнее два десятилетия в области точных наук, позволили приблизиться к пониманию того, как эта предельно сложная система - головной мозг - функционирует [17]. Одним из успехов в этой области является построение коннектома - системы структурных и функциональных связей между различными церебральными отделами, состояние которых оценивается при помощи мультимодальных методов нейровизуализации [2, 13, 17, 43, 57, 58]. Причем в основе функциональных связей лежит оценка временнoй синхронизации между различными церебральными структурами [38]. В основе концепции коннектома лежит представление о ЦНС как структурно и функционально единого образования, имеющего многоуровневую организацию [43]. Все это привело к появлению совершенно новой науки - системной психоневрологии, которая представляет собой синтез клинических дисциплин (психиатрии и неврологии) с психологией, методами нейровизуализации и математического анализа. Системная психоневрология: предугадывание событий и творческие способности. В глобальном смысле в основе интеллекта лежит способность к обучению и разрешению проблем/задач [25]. При этом важное значение имеет способность подходить нестандартно к поиску решений, прогнозировать изменения ситуации, заранее искать способ решения возможных проблем. Однако способность предугадывать (предусматривать) события будущего, что присуще человеку, довольно редко обсуждается в специальной литературе [54], хотя и рассматривается как один из базовых принципов функционирования ЦНС [7]. Процесс этот носит сложный характер и включает как планирование, так и постоянный мониторинг происходящих вокруг событий [53]. Для этого необходимо отслеживать поступающую сенсорную информацию, тормозить неверные планируемые двигательные процессы, выделять ключевые моменты ситуации и возможные ошибки при выполнении движений, а также анализировать ещё целый ряд факторов [24]. При этом наличие даже неполной (частичной) информации о предполагаемом событии усиливает/облегчает ответ на это событие [19], а механизмы предварительной подготовки к реальному движению (совершаемому) отличаются от механизмов движения, которое носит ложный характер (в конечном итоге испытуемые не получают команду совершить движение, к которому они предварительно готовились) [52]. Однако не все так однозначно. Существующие к настоящему времени данные позволяют предполагать, что творческие способности определяются на уровне системно-биологическом способностью совершать ошибки на этапе «предугадывания»/прогнозирования событий [26]. Именно этот механизм и отличает способность к творчеству от высокого уровня выполнения психометрических тестов - там требуется лишь одно правильное выполнение задания с минимальными затратами времени, и не предусматриваются какие-либо иные варианты решения. Результаты исследований с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии МРТ (фМРТ) свидетельствуют об участии в процессе «предугадывания» событий различных анатомических структур головного мозга (не только лобных отделов, как принято считать), причем в процессах, связанных с последующими движениями участвуют премоторная кора и кора предклинья (precuneus) левого полушария, а также задние отделы мозжечка справа [54]. Особое значение в процессах подготовки к движению придается премоторной коре левого полушария головного мозга [24]. Следует заметить, что даже наличие у испытуемого мысли об определенном задании (в данном исследовании использовался тест с движениями пальцев руки) сопровождается активацией тех корковых зон (лобные отделы, мозжечок), которые ответственны за реальное выполнение этих движений [31]. При этом общеизвестно, что у лиц с высокой способностью к творчеству нередко встречаются психические расстройства [26]. Возможно, что одной из биологических причин этого и является большая вероятность возникновения ошибок при передаче сигнала в структурах ЦНС. Подобное предположение подтверждается результатами исследований с применением фМРТ. Так было показано, что ошибки на этапе «предугадывания»/прогнозирования характерны для пациентов с бредовыми расстройствами [20]. В вопросе, какое полушарие головного мозга является ведущим в осуществлении творческих способностей, окончательной ясности до сих пор нет. Традиционно ведущая роль в этом процессе придаётся лобной коре [11, 27]. Высказывается мнение, что в значительной мере определённые способности к творческому мышлению (включая глобальное мышление, контекст-зависимое мышление, фигуральное мышление) обеспечиваются структурами правого полушария головного мозга [41]. Однако есть данные, свидетельствующие о ведущей роли в этом процессе лобных отделов левого полушария [11]. Имеет значение, насколько оригинальными являются новые идеи [27]. Значительное продвижение в этом вопросе связано с изучением «состояния покоя» головного мозга по данным фМРТ, которое и определяет индивидуальную стратегию поведения [8]. В осуществлении способности генерировать новые идеи участвуют префронтальные, височные, теменно-затылочные отделы, а также поясная извилина [10]. Есть данные о роли ростро-латеральных префронтальных и задне-теменных отделов левого полушарий и их связей [10, 11]. Большое значение не только в способности генерировать новые идеи, но и в целом - в функционировании ЦНС - имеет присущая головному мозгу особенность, связанная с его ритмической активностью. В основе ритмических флюктуаций, происходящих в течение определенного временного промежутка, лежит нейрональная активация единичных нейронов, локальных нейрональных «ансамблей» и/или нескольких нейрональных зон [37]. Cпонтанно возникающие осцилляции, как считается, могут лежать в основе процесса выработки новых идей [12]. Синхронизация нейрональных осцилляций обеспечивает функционирование различной протяженности связей между нейронами, что лежит в основе механизмов «предугадывания» еще не наступивших событий, а также механизма обратной связи [37]. И здесь крайне интересным является то, что эти флюктуации могут быть нелинейными/неритмичными/хаотичными. Нелинейная динамика флюктуаций может объяснить нередкую непредсказуемость поведенческих реакций, возникновение абсолютно разных реакций на минимально отличающиеся внешние стимулы [39]. Для систем, построенных на принципах нелинейной динамики (хаоса), характерно низкое соотношение сигнал/шум (поэтому их регистрация затруднена), они не могут быть оценены при использовании повсеместно применяемых статистических методов, а требуют специального подхода (для их описания используют сложные математические методы) [39]. В литературе обсуждается вопрос использования слуховой ритмичной стимуляции, в частности, музыкальных произведений - как метода позитивного эмоционального воздействия при различных болезнях - под контролем современных методов нейровизуализации [35]. Несмотря на высказываемые в развернувшейся дискуссии возражения этой идеи, преимущественно технического характера (наличие шумовых помех при исследовании, частую необходимость в проведении повторных исследований и т.п.), сама по себе эта идея встретила поддержку, хотя и не без доли иронии [29]. Использование музыки в качест- ве терапии при болезни Альцгеймера, например, проводилось и раньше, однако в настоящее время показано влияние этого вида терапии на гормональный статус больных (увеличение выработки обладающих превентивным эффектом при болезни Альцгеймера 17β-эстрадиола и тестостерона; в это исследование были включены только женщины) [28], а также активацию различных отделов головного мозга по данным позитронной эмиссионной томографии [34] и фМРТ [49]. На основании результатов электроэнцефалографии (ЭЭГ) и транскраниальной магнитной стимуляции (ТКМС) было показано, что успешное сохранение актуальной информации зависит от синхронизации специфических (тета- и гамма-) ритмов, а подавление неверной/ненужной информации определяется альфа-ритмом [36, 47, 48]. При этом усиление альфа-ритма увеличивает подавление ненужных сведений и усиливает мнестические способности [47, 48]. Таким образом, альфа-ритм рассматривается как важная составляющая ингибиторного контроля деятельности головного мозга [36]. ТКМС, подавляя одни церебральные зоны и активируя другие, расценивается как методика, непосредственно действующая на нейропластичность [47, 48]. Однако здесь надо учитывать основной принцип функционирования головного мозга - минимизацию собственных энергетических затрат при условии достижения поставленной цели. Таким образом и получается, что достижение, в данном случае, улучшения памяти, будет сопровождаться ухудшением в других когнитивных сферах. Кроме того, высказываемое некоторыми авторами предположение об ингибиторных свойствах альфа-ритма в дальнейшем подверглось серьёзной критике [9]. Энергетический баланс как основа функционирования коннектома. Головной мозг функционирует «экономически целесообразно» - иными словами, поставленная цель достигается с минимально возможными энергетическими затратами [32]. Именно эту цель и позволяет достигнуть системная организация церебральных связей, как анатомических, так и функциональных, что подтверждают и результаты компьютерного моделирования. При помощи фМРТ в BOLD-режиме (сокр. англ. Blood Oxygen Level-Dependent, русск. - зависимый от оксигенации крови) были выявлены медленные спонтанные флюктуации церебральной активности частотой менее 0,1 Гц (0,01-0,1 Гц), характеризующиеся наличием корреляционных зависимостей между некоторыми церебральными отделами (например, между соматосенсорной корой левого и правого полушария головного мозга) [18, 32, 56]. Причем связи между различными отделами головного мозга имеются вне действия каких-либо внешних стимулов («состояние покоя») [32, 56]. Характер связей в «состоянии покоя» нередко, хотя и не всегда, совпадает со связями в условиях внешних воздействий (например, при предъявлении зрительных стимулов или при выполнении тестов на мнестические функции) [32]. Однако так называемое «состояние покоя» к собственно покою отношение имеет весьма малое - бόльшая часть церебральных энергетических затрат приходится именно на это «состояние покоя» [32]. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что в процессе выполнения тех или иных заданий уровень церебрального метаболизма меняется не столь значительно (повышается менее чем на 5%) - большая часть потребляемой веществом головного энергии тратится на поддержание его фоновой активности [44, 45, 60]. В основном энергозатраты приходятся на глутаматергические нейроны, а около 20% энергии используется тормозящими ГАМК-ергическими нейронами [32]. Биологическое значение флюктуаций церебральной активности в «состоянии покоя» является предметом активно проводимых исследований. Предположение о том, что столь значительные энергозатраты требуются для поддержания «в готовности к действию» существующие церебральные структуры [32], представляется малоубедительным и весьма далеким от действительности. Высказывается предположение, что с целью экономии энергозатрат в «состоянии покоя» головной мозг с цикличностью несколько раз в секунду меняет собственный энергетический потенциал - от максимального до минимального [42]. При этом в состоянии максимальных энергозатрат он становится крайне чувствительным к преходящим извне стимулам, а в целом экономия энергии достигается за счет циклически же возникающих периодов выраженного снижения метаболизма. В результате в периоды максимальной чувствительности/максимальных энергозатрат нейроны могут воспринимать даже слабые воздействия (например, действие нескольких фото- нов) - не используя методы, аналогичные резонансу. К слову, подобным механизмом цикличности авторы объясняют благоприятный эффект медитации, характерный, разумеется, для владеющих специальными приемами людей [42]. Срыв этого цикличного механизма приводит к резкому повышению затрат энергии в единицу времени, что клинически может проявляться, например, эпилептическими припадками или психотическими расстройствами. При этом сознание рассматривается как процесс и рассеянный/диссеминированный в структурах головного мозга, и интегрированный одновременно. В зависимости от поставленной на данный момент цели и происходит активация тех или иных структур, для выполнения этой цели предназначенных. В этой связи весьма интересными выглядят данные о «смешанных осцилляциях» (англ. «mixed-mode oscillations») [23]. Подчеркивается, что этот тип хаотичных осцилляций в различных отделах головного мозга весьма сложен для изучения, поскольку требует, в частности, нелинейные методы регистрации, а отражает он, возможно, более тонкие, чем обычно регистрируемые при помощи ЭЭГ нейрональные процессы, клиническое значение которых требует изучения [23]. В этой связи высказанное выше предположение о дискретном характере активации/функционировании головного мозга в контексте «смешанных осцилляций» представляется не таким уж невозможным. Системная психоневрология: некоторые клинические аспекты. Полученные в настоящее время данные позволяют по-иному взглянуть на патогенез ряда неврологических и психических заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз, шизофрению [32]. Однако особого внимания в силу своей медико-социальной значимости заслуживает инсульт. Реорганизация головного мозга после перенесенного инсульта является динамическим многофакторным процессом, в котором играют роль и локализация инсультного очага, и его размеры, и время, прошедшее с начала заболевания, и тяжесть неврологического (особенно двигательного) дефекта, и генетические факторы, многие из которых до настоящего времени остаются неизвестными [33, 40, 46, 59]. Нарушение церебральных связей при инсульте происходит вследствие их непосредственного поражения в ишемической зоне, а также вторично, на расстоянии, вследствие различных патогенетических механизмов [56]. Так, при локальной церебральной ишемии происходит формирование очага некроза, при этом также отмечается нарушение функционирования окружающей зону ишемии ткани, включая проходящие в ней проводящие пути. Кроме того, вследствие различных механизмов (апоптоз, нейровоспаление, диашиз, нейродегенерация) происходит поражение находящихся на удалении церебральных отделов, включая непораженное полушарие головного мозга [56]. Наличие подобных изменений было подтверждено в целом ряде исследований. Было показано, что при субкортикальном ишемическом инсульте происходит нарушение прямых и непрямых связей не только близ очага ишемии, но и в противоположном полушарии головного мозга [21]. В основе подобных нарушений лежит поражение белого вещества по механизму антероградной (валлеровской) и ретроградной дегенерации [21]. Под валлеровской дегенерацией понимается антероградное повреждение проводящих путей головного мозга (аксонов и их миелиновой оболочки) вследствие нейродегенеративных изменений после проксимального аксонального поражения [56]. Изменения при очаге субкортикальной локализации затрагивают и двигательные корковые зоны как ипси-, так и контрлатерального полушария головного мозга [30]. Помимо этого у больных, перенесших острое нарушение мозгового кровообращения, были выявлены церебральные связи, характеризующиеся повышенной активностью, что авторы объясняют адаптивными постинсультными механизмами [21]. При хорошем функциональном восстановлении активация в зоне поражения возвращается к норме, однако двигательные связи остаются поврежденными [50]. Следует заметить, что кортико-спинальный путь формируется не только от первичной моторной коры - в него входят волокна нейронов, располагающихся в премоторной и дополнительной моторной коре [56]. Кроме того, на процесс восстановления после инсульта может влиять поражение экстрапирамидных путей, обеспечивающих адаптивные изменения структурных двигательных путей [56]. Следует подчеркнуть, что при инсульте, в том числе и субкортикальной локализации, именно нарушение связей является более важным в плане постинсультного восстановления, чем изменения в ишемической зоне [30, 50]. Особое значение придается активации связей пораженных отделов с премоторной корой, играющей важную роль в подготовке и планировании движений [50]. Одностороннее поражение кортико-спинальных путей сопровождается значительным нарушением связей в различных двигательных корковых зонах, а также нарушением межполушарных взаимодействий [14, 56]. Причем изменения связей были выявлены не только при клинически явных инсультах, но даже и при «тихих» субкортикальных инфарктах [16]. Изучение «состояния покоя» у лиц, перенесших инсульт, показало, что у них снижается выраженность межполушарных функциональных связей между корковыми зонами, и, вне зависимости от степени восстановления утраченных функций, снижается глобальная эффективность существующих связей [46]. Одной из причин снижения межполушарных связей является вторично наступающая деградация миелина [46]. При этом в норме правое полушарие головного мозга доминирует в плане ингибиторного контроля [22]. При инсульте существующие в норме отношения нарушаются. Кроме того, было показано, что степень двигательного восстановления после перенесенного инсульта в определенной мере зависит от сохранности первично-недвигательных путей [6]. Заключение. Полученные в настоящее время данные позволяют выделить отдельное направление в области нейронаук - системную психоневрологию, которая объединяет в себе и клинические дисциплины, и методы нейровизуализации, и математические методы. Именно подобный комплексный подход позволил сформулировать концепцию коннектома, что открыло новые возможности для изучения деятельности столь сложно организованной системы, как головной мозг. Используя данные нейровизуализации, в настоящее время на основании модели коннектома активно проводятся исследования, направленные на создание компьютерной модели, которая могла бы предсказывать поведенческие реакции человека [51]. Один из таких проектов позволяет в течение 10-100 мин построить компьютерную модель, от 1 до 48 часов требуется для ее тестирования и от 10 до 20 мин - на визуализацию результатов [51]. Однако коннектом - суть биологическая система, аналогия с искусственным интеллектом хотя и прослеживается, но занимает она далеко не первое место. В основе функционирования коннектома лежит принцип параллельной, а не последовательной обработки информации. С учетом присущих головному мозгу (во всяком случае, его некоторым отделам) способности к генерации спонтанных неритмичных осцилляций, это приводит к осуществлению базового принципа функционирования центральной нервной системы - минимизации энергозатрат. Кроме того, наличие спонтанных неритмичных осцилляций (принцип «неопределенности»), вероятно, определяет и присущую человеку способность к интуитивному мышлению, выработке новых идей. Впрочем, системная психоневрология со всеми ее аспектами, как теоретическими, так и практическими, находится еще в самом начале своего пути

About the authors

Igor V Damulin

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: damulin_igor@mail.ru
Moscow Clinical Scientific Center 119021, Moscow, Rossolimo str., 11/1

References

Supplementary files