Исследователи достигли прорыва в картировании «дисфунктома» мозга — ключевых дисфункциональных цепей, связанных с такими расстройствами, как болезнь Паркинсона, дистония, ОКР и синдром Туретта.
Используя данные глубокой стимуляции мозга (ГСМ) у 261 пациента по всему миру, они определили конкретные цепи лобной коры, имеющие решающее значение для улучшения симптомов. Эта новая карта не только расширяет наше понимание неврологических и нейропсихиатрических расстройств, но также открывает новые возможности как для хирургического, так и для неинвазивного лечения, такого как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС).
Результаты исследования уже привели к успешному облегчению симптомов у пациентов с тяжелой формой ОКР, демонстрируя потенциал более персонализированных и эффективных методов лечения.
Когда определенные связи в мозгу функционируют неправильно, могут возникнуть такие расстройства, как болезнь Паркинсона, дистония, обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) и синдром Туретта. Целенаправленная стимуляция определенных областей мозга может помочь облегчить симптомы.
Чтобы определить точные терапевтические целевые области мозга, команда ученых под руководством исследователей из Charité – Universitätsmedizin и Brigham and Women’s Hospital проанализировала данные пациентов со всего мира, которым были имплантированы крошечные электроды для стимуляции мозга.
Результатом стала уникальная карта нарушенных сетей мозга, которая теперь опубликована в научном журнале Nature Neuroscience.
Неврологические и нервно-психические расстройства проявляются широким спектром различных симптомов: от расстройств настроения и обработки информации до двигательных нарушений. Но у них есть одна общая черта: все они связаны с нарушением связей между определенными областями мозга. Проще говоря, когда цепи мозга выходят из строя, они могут тормозить функции мозга, которые эти цепи обычно выполняют.
Глубокая стимуляция мозга (ГСМ) воздействует на эти виды неисправных цепей и может сыграть важную роль в облегчении симптомов в различных областях. При этом нейрохирургическом подходе небольшие электроды имплантируются в точно определенные целевые области мозга. Затем электроды постоянно излучают слабые электрические импульсы в окружающие ткани.
Эффекты стимуляции распространяются по нервным путям к более отдаленным участкам мозга, чтобы полностью раскрыть свое воздействие. Но стимуляция не всегда бывает успешной. Даже небольшие неточности в размещении электродов могут привести к ослаблению эффекта лечения.
Какие конкретные цепи мозга необходимо стимулировать для достижения оптимальных результатов при лечении ряда симптомов, стал вопросом для международной команды учеными, возглавляемой нейробиологами профессором Андреасом Хорном (Andreas Horn) и доктором Нинфэй Ли (Ningfei Li).
«Наша цель состояла в том, чтобы лучше понять, где в мозгу можно снять возможные «тормоза» посредством нейромодуляции, чтобы нормализовать симптомы, например, болезни Паркинсона», — комментирует Нинфэй Ли.
Исследование кажущегося парадокса
Работа исследователей посвящена кажущемуся парадоксу, который уже давно известен в этой области. Определенная область базальных ганглиев, называемая субталамическим ядром, считается эффективной мишенью для ГСМ для лечения симптомов болезни Паркинсона и дистонии, которые входят в спектр двигательных расстройств. Недавно этот же участок мозга был также идентифицирован как успешная мишень для лечения нервно-психических расстройств, таких как ОКР и тиковые расстройства.
Это подняло вопрос о том, как такое маленькое ядро, длиной всего около одного сантиметра, может быть эффективной мишенью для симптомов таких различных дисфункций мозга. Чтобы исследовать этот вопрос, команда ученых проанализировала данные 534 электродов DBS, имплантированных 261 пациенту по всему миру.
Из этой когорты у 70 пациентов была диагностирована дистония, у 127 — болезнь Паркинсона, у 50 — ОКР и у 14 — синдром Туретта. Используя программное обеспечение, исследователи реконструировали точное местоположение каждого электрода. Затем компьютерное моделирование было использовано для картирования нервных путей, которые были активированы у пациентов с оптимальными или неоптимальными результатами лечения.
Используя эти результаты, они смогли идентифицировать конкретные участки мозга, которые стали дисфункциональными при каждом из четырех расстройств. Они были связаны с соответствующими областями лобной части мозга, которые играют важную роль в двигательных функциях, контроле импульсов и обработке информации.
«Цепи, которые мы выявили, частично перекрываются, что для нас означает, что неисправности, отраженные в изученных симптомах, не являются полностью независимыми друг от друга», — добавляет Барбара Холлундер (Barbara Hollunder), научный сотрудник Центра нейронаук Эйнштейна и первый автор исследования.
Это означает, что в качестве первого шага исследователям удалось локализовать точные сети в переднем и среднем мозге, которые имеют решающее значение для лечения болезни Паркинсона, дистонии, обсессивно-компульсивного расстройства и синдрома Туретта.
Применение того же подхода к расстройствам с разными симптомами постепенно дает карту, показывающую, как определенные цепи мозга 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, обнаруженной в организме, мы придумали термин «человек». Мы надеемся, что однажды дисфункция будет описывать все цепи мозга, которые обычно могут стать дисфункциональными в результате сетевых нарушений», — объясняет Холлундер.
Начальный успех лечения в ходе исследования
Результаты исследователей уже принесли пользу первым нескольким пациентам. Точная настройка и точное размещение электродов позволили, например, облегчить симптомы тяжелого, резистентного к лечению ОКР.
«Мы планируем усовершенствовать эту технику и еще более точно сосредоточиться на дисфункциональных цепях мозга при конкретных симптомах. Например, мы могли бы изолировать цепи, связанные с навязчивыми идеями или компульсиями при ОКР, или другими сопутствующими симптомами, обычно встречающимися у этих пациентов, такими как депрессия и тревожные расстройства, чтобы в дальнейшем индивидуализировать лечение», — говорит Нинфэй Ли, глядя в будущее.
Ученые также полагают, что за улучшение того или иного симптома может отвечать более чем одна область мозга. Они подозревают, что нейронные сети сами по себе передают терапевтические эффекты, которые можно модулировать из различных точек мозга.
Это означает, что исследование дает не только ценную информацию для целевого нейрохирургического лечения, но также может вдохновить на подходы к неинвазивной нейромодуляции, такие как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), при которой магнитные поля используются для стимуляции определенных областей мозга извне, без необходимости хирургического вмешательства.
