В мозге шизофреников ослаблена работа генов, отвечающих за контакты между нейронами. Причем ослабление это глобальное — изменения затронули работу более пятидесяти генов.
Хотя шизофрения — самая распространенная психическая болезнь, она до сих пор остается загадкой для медиков и ученых. Есть несколько гипотез о причинах ее возникновения и механизме развития, но пока ни одна из них до конца не подтвердилась. Возможно, разгадке поможет первое в этой области масштабное молекулярно-генетическое исследование, которое провела команда профессора медицины из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London) Жаки де Беллерош (Jackie de Belleroche). Они впервые выявили 49 генов, которые в мозге шизофреника и обычного человека работают по-разному.
Ученые работали с мозгом после его смерти. 28 образцов ткани мозга они взяли у умерших людей, при жизни страдающих шизофренией, 23 контрольных взяли у тех, кто при жизни был психически здоров. Ткань мозга им предоставили в лондонском госпитале Чаринг-Кросс (Charing Cross Hospital). Для исследования целенаправленно выбрали зоны, которые, предположительно, имеют отношение к развитию заболевания — это передняя префронтальная и височная кора.
Изучив таким способом картину работы генов в шизофреническом и в нормальном мозге, ученые из Имперского колледжа в Лондоне сравнили свои результаты с независимым исследованием тех же зон мозга, которые провели американские специалисты из Гарвардского банка мозга (Harvard Brain Bank).
В шизофреническом мозге изменилась работа генов, связанных с упаковкой нейромедиаторов в пузырьки-везикулы в синапсах. А также отвечающих за высвобождение усилителей сигнала (нейромедиаторов) в синаптическую щель и связанных с клеточным цитоскелетом. Отличие говорит о том, что при шизофрении нарушается контакт между нейронами мозга.
Шизофрения поражает одного из ста человек в мире. В настоящее время врачи ставят диагноз исключительно по признакам поведения человека. Симптомы шизофрении могут быть очень разными, но, как правило, включают нарушение социальных связей, снижение мотивации, а иногда — галлюцинации.
«Большинству пациентов диагноз «шизофрения» поставили в возрасте около 20 лет, но если бы болезнь диагностировали раньше, больные бы раньше начали получать лечение. Что существенно бы повлияло на качество их жизни», — подчеркивает профессор де Беллерош. Понятно, что точное знание физиологических и биохимических изменений в организме при шизофрении может привести к созданию более объективных методов диагностики.
По мнению некоторых ученых, шизофрения вызвана тем, что в мозге образуется слишком много нейромедиатора дофамина. Это косвенно подтверждают лекарства, блокирующие дофамин, — они улучшают состояние у шизофренических больных. Другая теория возлагает вину на клетки глии — это клетки нервной ткани, создающие изоляционную оболочку из вещества миелина вокруг нервного волокна. Показано, что у больных шизофренией миелиновая оболочка повреждается, что снижает скорость прохождения нервного импульса.
Но для более точного понимания, какие физиологические и биохимические механизмы вызывают болезнь, нужно добраться до генов. Причем желательно напрямую до генов, работающих в мозге. «Первый шаг к лучшему лечению шизофрении состоит в том, чтобы ясно представлять себе, что происходит в мозге и какие гены в это вовлечены, — комментирует Жаки де Беллерош. — Новое исследование приближает нас к потенциальной мишени для лекарственной терапии».
Статья опубликована в журнале Molecular Psychiatry.
Шизофрения – психическое нарушение, которое возникает при совокупном действии множества факторов. Уже известно, что важную роль в развитии заболевания играют гены. Исследователям удалось найти не один десяток генов, ассоциированных с шизофренией.
По приблизительным оценкам сейчас в мире около 21 миллиона человек страдают шизофренией. Проявления болезни у разных пациентов различаются – у больных отмечается паранойя, галлюцинации и бред.
Международная команда ученых под руководством Стивена Гольдмана (Steven Goldman) провела эксперимент на химерных мышах. В головной мозг мышей с помощью инъекций ввели глиальные клетки, взятые у людей. Авторы вывели несколько линий мышей: в одних случаях использовались клетки от пациентов с шизофренией, а в другой – клетки, полученные у здоровых людей.
Для инъекций были взяты клетки кожи, которые в ходе дальнейших манипуляций были превращены в стволовые. Всего для участия в эксперименте привлекли пятерых пациентов с шизофренией и троих здоровых добровольцев. Полученные клетки вводили новорожденным мышам, после чего следили за изменением поведения грызунов.
Животные, которым вводили клетки от пациентов, страдающих психическим расстройством, демонстрировали не самое нормальное поведение. У них была повышена тревожность, стала хуже память, они боялись незнакомцев и плохо спали.
Оказалось, что глиальные клетки, взятые у пациентов с шизофренией, распространялись в головном мозге грызунов иначе, чем «здоровые» клетки . В результате чего нарушался процесс миелинизации нервных волокон и, как следствие, процесс передачи сигналов в головном мозге. Исследователи отмечают, что у пациентов с шизофренией уровень миелинизации головного мозга действительно аномально низок.
Глиальные клетки, взятые у пациентов с шизофренией, не превращались в астроциты – это также способствовало тому, что сигналы в головном мозге передавались хуже. «Становится ясно, почему такой головной мозг не работает правильно», – объясняет Гольдман. Причина аномального поведения глии кроется в генах – ученым удалось идентифицировать 118 генов, которые могут спровоцировать подобное поведение глиальных клеток.
Поведение, которое было зафиксировано у мышей, характерно и для пациентов с шизофренией. Исследователи полагают, что подобные нарушения в поведении глиальных клеток наблюдаются и в головном мозге пациентов.
Понимание того, что происходит в организме больных шизофренией, а также что является причиной этих явлений, может стать ключом к поиску новых подходов к терапии заболевания.
Участки истончения (красный цвет) и утолщения (желтый цвет) коры мозга у больных шизофренией
S. Guo et al., Psychology Medicine, 2016
Международная группа ученых обнаружила, что в мозге пациентов с шизофренией с течением заболевания может восстанавливаться объем серого вещества. Результаты работы опубликованы в журнале Psychology Medicine.
Шизофрения характеризуется уменьшенным объемом серого вещества как в отдельных структурах, так и в мозге в целом. Причем эти структурные изменения появляются уже на ранних стадиях развития.
Исследователи из Канады, Китая и Великобритании измеряли толщину серого вещества и ее изменения со временем с помощью повторных МРТ мозга у 98 пациентов с разными стадиями шизофрении и 83 здоровых людей сопоставимого возраста и демографических характеристик. Для оценки динамики толщины коры разных регионов мозга использовали ковариационный анализ.
Выяснилось, что при продолжительности заболевания до двух лет по МРТ можно отличить пациентов от здоровых людей с высокой точностью (96,3 процента), чувствительностью (88 процентов) и специфичностью (98,8 процента). У больных шизофренией наблюдалось существенное уменьшение толщины коры в парагиппокампальных, надкраевых и височных областях, а также прецентральных и верхних передних участках островка. В то же время у них наблюдалось утолщение коры в некоторых участках затылочных долей.
Наиболее значимым оказалось то, что с течением заболевания в мозге пациентов наблюдалась слабо выраженная, но значимая тенденция к нормализации: в участках с нехваткой серого вещества происходило его утолщение, а с избытком — наоборот, уменьшение.
«Полученные результаты свидетельствуют, что несмотря на тяжесть поражения тканей, мозг пациентов с шизофренией постоянно пытается реорганизоваться, возможно, с целью самовосстановления или ограничения повреждения», — пояснил исследователь Лина Паланияппан (Lena Palaniyappan).
Авторы работы отмечают, что их наблюдения указывают на возможность «оптимизации» пластичности мозга с целью лечения шизофрении. Они намерены продолжать исследования структуры мозга пациентов, чтобы изучить взаимосвязь между реорганизацией мозга и клиническим течением заболевания.
Недавно другому научному коллективу удалось пролить свет на молекулярные механизмы развития шизофрении. Появление заболевания связали с вариантами гена, отвечающего за синтез белков главного комплекса гистосовместимости III класса. Эти молекулы обеспечивают работу системы комплемента, которая необходима для защиты от патогенных микробов, а также для синаптического прунинга — удаления избыточных нейрональных связей в процессе созревания мозга. Повышенная активность компонента комплемента С4 вызывает чрезмерное разрушение синапсов, что может лежать в основе появления симптомов шизофрении.
Более 21 миллиона человек в мире страдают неизлечимым заболеванием — шизофренией. О причинах ее возникновения до сих пор ничего не известно. О том, как развивается заболевание, и что при этом чувствуют сами пациенты — в новом материале Проекта Fleming.
«Когда мне было года три или, может быть, четыре, моя мама ушла из дома и пропала. До этого она постоянно повторяла цепочки из не связанных между собой слов, а когда ее спрашивали о причинах такого поведения, она надолго уходила в себя, после чего объясняла, что таким образом она общается с друзьями, голоса которых она слышала в своей голове»
Существовало множество попыток найти взаимосвязь заболеваемости и различных факторов, таких как пол или место жительства. На основании того, что большинство зарегистрированных случаев были обнаружены у пациентов, проживавших в городах, ученые сделали предположение о том, что городская среда с ее темпом жизни и большими стрессовыми нагрузками может спровоцировать развитие шизофрении.
Современные данные опровергают это утверждение, ссылаясь на то, что благодаря повышению качества медицинского обслуживания в отдаленных населенных пунктах это заболевание выявляется чаще, чем раньше, и в процентном отношении «деревенская» шизофрения не уступает «городской». Выяснилось также, что это заболевания не является обусловленным гендерными признаками: соотношение мужчин и женщин среди шизофреников оказалось приблизительно равным – 54 и 46% соответственно.
На сегодняшний день наиболее состоятельной стала гипотеза о генетической предрасположенности к шизофрении: изучение наследственности пациентов, страдающих этим заболеванием, показало накопление в их родословной случаев психозов и аномалий личности или расстройств шизофренического спектра.
Впрочем, хорошая родословная вовсе не гарантирует отсутствие риска развития шизофрении. Известно, что в семьях, где один из родителей имеет психические расстройства, обычно меньше детей, чем в семьях, где оба родителя психически здоровы, но при этом заболевания психики не исчезают и даже не уменьшаются в процентном отношении. В силу малой изученности психических заболеваний вообще и шизофрении в частности, современная психиатрия не может назвать точной причины развития этой болезни.
Статистические данные о шизофрении имеют солидную долю погрешности, ведь шизофренией называют ряд хронических расстройств психики различного характера, объединенных по общности проявлений и специфичности изменений личности. По этой причине точная диагностика шизофрении становится сложной задачей, которая под силу лишь опытному врачу-психиатру, и появляется возможность неверной постановки диагноза.
Одним из главных признаков расстройства личности шизофренического спектра является характерное расщепление психических процессов, что проявляется в виде галлюцинаций, дезорганизованности мышления и речи, парадоксальной логике, которая прослеживается в поведении больных.
«Первые галлюцинации, как их называют, у меня появились в двадцать шесть лет. Во время одного из вечеров в общежитии, когда я уже готовилась ко сну, я заметила, что туфли моей соседки, стоявшие в углу стали от меня убегать. Как только я пыталась протянуть к ним руку, они прыгали за дверь и будто дразнили меня. Окружающие убедили меня в том, что это только игра моего воображения, но сейчас у меня появилось подозрение, что они просто в тот момент не увидели явного. Я не уверена в том, что это не было реальностью»
Шизофреники зачастую не могут отделить галлюцинации от реально происходящих событий. Игра воображения становится настолько яркой, что события, происходящие в голове больного, словно смешиваются с реальными фактами. При этом больной может не придавать эмоциональной окраски своим видениям, они не кажутся ему странными и не нарушают присущую практически любому шизофренику специфическую логику, которой он объясняет мир, в котором причудливо переплетаются реальные и вымышленные процессы и вещи.
«Не так давно я решила выйти на прогулку и упала при спуске с лестницы. Я не сразу поняла, что упала неспроста, лишь потом заметила, что Они убрали ступеньку из-под моей ноги, а когда я споткнулась, Они ударили меня в колено и ушибли его»
Если подходить к заболеванию как к нарушению строения и функции органа, то для его диагностики и лечения необходимо найти изменения, которые были бы присущи этой болезни. И именно здесь кроется одна из главных проблем психиатрии в целом и работы с шизофренией в частности. Дело в том, что ученые долго не могли выделить сдвиги в работе организма, характерных для того или иного психического заболевания. Лабораторные исследования не несут значимой информации, которая могла бы уточнить диагноз, равно как данных не дают и функциональные пробы.
Однако последние данные позитронно-эмиссионной томографии выявили специфические для шизофрении изменения, такие как относительный дефицит серого вещества головного мозга. Эта особенность строения главного органа центральной нервной системы ведет к уменьшению количества межнейронных связей и как следствие – к снижению умственных способностей, хотя при грамотном подходе к лечению и адаптации больного его интеллект можно сохранить на довольно высоком уровне.
Беда в том, что с каждым последующим обострением шизофрении рабочая площадь коры головного мозга уменьшается. Появляется все больше неактивных зон, и благодаря этому происходит постепенное разрушение нормальных процессов высшей нервной деятельности, что в свою очередь ведет к новым эпизодам шизофренического психоза. Замыкается порочный круг, из которого по сути дела нет выхода, поскольку разорвать звенья этой цепочки не представляется возможным, и единственный способ повлиять на течение болезни – это введение антипсихотических препаратов, которые позволят продлить промежутки между эпизодами шизофрении.
«Вообще говоря, я не верю в существование шизофрении и не понимаю, почему мое восприятие мира требует какого-то медицинского вмешательства. Я считаю, что виноваты Они, потому что после курса лечения в психиатрической больнице пропал один мой хороший знакомый, который приходил ко мне в гости каждый день»
«Я совершенно не помню, как попала в отделение токсикологии, но точно знаю, что мне было невыносимо плохо. Последнее, что я запомнила – это смутно знакомые мне люди, вызывавшие скорую помощь. Я должна была принять таблетку, но обнаружила, что блистер пуст, хотя еще утром в нем оставалось несколько таблеток»
Обратной стороной медали здесь может являться возможность неконтролируемого приема психотропных препаратов у больных шизофренией или отказа от медикаментозного лечения. Нарушение режима приема лекарств больной объясняет чаще всего их «отравленностью» или «повелением голоса, которому нельзя не подчиниться». Передозировка препаратов может быть как сознательной («я хочу убрать их из моей головы»), так и неосознанной, связанной с прогрессирующим нарушением процессов запоминания и хранения информации.
По-видимому, нарушения архитектуры клеток головного мозга не являются единственной причиной развития шизофрении. Широкое распространение получила теория развития этого заболевания, объясняющая патологические изменения психики сбоем в системе передачи информации в межнейронных связях. Развитие психотических проявлений представляется как «бомбардировка» рецепторов нейрона различными сигнальными молекулами, важное место среди которых занимает дофамин.
Медикаментозное лечение направлено на снижение потока этого вещества и нормализацию процесса передачи сигнала из одной нервной клетки в другую. Выглядит оптимистично, но подвох кроется в том, что дофамин, кроме всего прочего, отвечает за появление эффекта удовольствия, поэтому лечение препаратами такого рода в ряде случаев ведет к эмоциональному дискомфорту для пациента и заставляет его искать удовлетворенность с помощью наркотиков или алкоголя, которые вновь усиливают поток дофамина и провоцируют психотические эпизоды.
«Однажды за праздничным столом мне предложили выпить немного крепкого алкоголя, чтобы поднять себе настроение, которое было в тот момент немного подавленным. После пары выпитых глотков я на краткое время почувствовала себя счастливой и закрыла глаза, а когда открыла их, обнаружила, что нахожусь в незнакомом мне месте, и меня окружают голоса. Эти голоса были плотными, почти осязаемыми, и они имели разные цвета»
Шизофрения может протекать относительно благоприятно, при этом обострения случаются относительно редко (1-2 раза в год), больной способен адаптироваться к жизни в обществе, работать и обучаться, усвоить навыки самообслуживания. Более того, по итогам Международного Исследования Шизофрении достичь устойчивой ремиссии (в течение нескольких лет и более) от этого заболевания смогли около половины наблюдаемых пациентов. Такой исход шизофрении обеспечивается, прежде всего, постоянной коррекцией лечебных мероприятий и индивидуальным подходом к больному.
При неблагоприятном же течении происходит быстрая утрата уже имевшихся навыков и умений, такой человек стремительно теряет социальные контакты, становится апатичным, безвольным, утрачивает мотивацию к каким-либо поступкам. Больной замыкается в себе, крайне редко выходит из дома, подолгу застывает в одной позе, порой весьма неудобной. Подобное угнетенное состояние внезапно сменяется приступами гнева или страха, в течение которых шизофреник становится опасным для себя и окружающих.
«Часто бывает так, что мне в голову вкладывают дурные мысли. Зачем Они это делают, я не знаю, но в такие моменты в моей голове строится лабиринт из слов и образов, из которых бывает невозможно выбраться. Однажды меня закрыли в моей голове, там было темно и душно. Когда мне все-таки удалось выбраться, я обнаружила, что лежу на полу. Болела спина. На часах было восемь часов, но я не могла понять, утра или вечера»
Причинами смерти людей, страдавших тяжелой формой шизофрении, часто становятся суицид, токсические отравления, в том числе медикаментами, травмы, полученные в течение психотических эпизодов и неосторожность, связанная с пониженной способностью к концентрации внимания.
Непримиримый враг живет внутри каждого из них, и этот враг зачастую неожиданно надевает костюм палача.
При написании статьи использовались цитаты из личной беседы с женщиной, на протяжении более чем 50 лет борющейся с шизофренией. Диагноз поставлен и подтвержден врачом-психиатром, цитаты использованы с согласия автора.
Группа ученых из Китая и Великобритании провела исследование, в котором приняли участие 98 пациентов с шизофренией и 83 здоровых добровольца. Каждый из участников прошел процедуру магнитно-резонансной томографии головного мозга. Известно, что при шизофрении объем тканей головного мозга уменьшается. Исследователи же выяснили, что мозг людей с шизофренией способен самостоятельно устранять повреждения в тканях, пытаясь восстановить когнитивные и функциональные способности – об этом свидетельствовало увеличение тканей головного мозга в некоторых областях. Уровень такого восстановления, правда, довольно низок.
Исследователи планируют продолжать наблюдения за пациентами, регулярно проводя процедуру МРТ. Они будут изучать, как проходит восстановление повреждений в головном мозге, и как этот процесс влияет на состояние пациентов.
Ученые во главе с Джеффри Рейссом (Jeffrey Reiss) считают, что следующим этапом может стать поиск направленной терапии, способной усиливать этот процесс. Подобное воздействие окажется полезным для больных с некоторыми формами шизофрении.
Ранее исследователям удалось справиться с потерей памяти, неизбежно возникающей у пациентов с шизофренией. Пока, правда, предложенная ими методика была испытана только на мышах, а на людях она не испытывалась.
A team of researchers from around the world have come across an early sign of hope for patients diagnosed with schizophrenia using Magnetic Resonance Imaging.
Вкусовые галлюцинации чаще всего бывают в такой форме, что в пище кажется какой- то странный привкус чего- то металлического, какого- то яда; мясо в супе имеет вкус мертвечины, какой- то гнили. Слуховые галлюцинации чаще всего наблюдаются в форме голосов, которые бывают то единичны, то многочисленны и слышатся со всех сторон. Голоса то громки, реальны и слышатся так отчетливо, что можно указать направление, откуда они идут, то почти беззвучны, слышатся в виде шепота. Иногда больной не может сказать, откуда слышатся голоса, в некоторых случаях голос или голоса слышатся внутри самого больного, в груди, особенно часто в голове. Особенно характерны так называемые внутренние голоса и « мнения» . Больному кажется, что, хотя он ничего не слышит, кто- то говорит прямо ему в голову. Типичны для этой болезни те явления, которые известны под именем псевдогаллюцинаций или психических галлюцинаций, а также то, что его мысли и отдельные слова как бы громко повторяются кем- то (Gedankenlautwerden). Иногда больные говорят о телефоне, беспроволочном телеграфе, о радио. Содержание галлюцинаций большей частью неприятно для больного; он слышит брань, угрозы по своему адресу, его обвиняют в различных преступлениях по службе, в дурном отношении к семье, в разврате. Иногда он слышит длинные дискуссии, в которых принимает участие большое количество лиц, обсуждается вся прошлая жизнь больного, причем находят, что он всегда был скверным человеком, вором, онанистом, государственным преступником, шпионом. Иногда слышатся голоса, которые встают на его защиту. Иногда слышатся диалоги; два голоса, которые спорят между собой, и оба локализуются внутри головы больного. Чаще всего говорящие не обращаются непосредственно к больному, а как бы говорят между собой про него, называя его по имени или просто « он» . Довольно типичны для шизофрении слуховые галлюцинации такого рода, что голос, принадлежащий невидимому лицу, регистрирует все, что делает больной, насмехаясь и браня…
Реже бывают зрительные галлюцинации, которые также разнообразны. Особенностью зрительных галлюцинаций шизофреников можно считать то, что они большей частью лишены яркости и жизненности. Галлюцинаторные образы как- то бестелесны, нереальны, производят впечатление нарисованных картин, а не созданий из плоти и крови. Иногда фигуры двигаются, как в кинематографе. Аналогично слуховым обманам чувств и здесь нередко бывают псевдогаллюцинации, — те или другие образы видятся как- то мысленно и представляются лежащими где- то вне поля зрения, иногда в голове.
Известно, что височная область связана со слуховыми галлюцинациями (исследования Пенфилда) , что характерно для шизофрении. Также показано, что лобные отделы височной коры получают из других ее отделов информацию, подвергшуюся тщательной переработке и сенсорной фильтрации. Эта информация в конце концов достигает лимбической системы и других структур, опосредующих эмоциональные реакции. Поэтому возможно, что типичные для шизофреников переживания — слуховые галлюцинации — возникают в результате сверхактивации височной коры или нарушения процесса сенсорной фильтрации.
Сегодня все чаще наблюдаются психические расстройства, такие как шизофрения. Лечение шизофрений сложно и порой очень продолжительно. Есть и такие пациенты которые не поддаются никакому лечению. Интересно, что термин шизофрения происходит от греческих слов шизо — раскалывать и френ — рассудок.
По статистике, риск заболеть шизофренией не так уж велик и составляет примерно 5-6 случаев на 1000 человек. Шизофрения не отдает предпочтения ни мужчинам, ни женщинам, однако у женщин обычно она проявляется в более позднем возрасте, чем у мужчин. Факт множественности проявлений болезни привел к тому, что некоторые специалисты в этой области стали склонны называть ее шизофрениями.
Причины шизофрении неизвестны. Можно лишь с уверенностью говорить, что большую роль в вероятности возникновения болезни играет ген наследственности. Люди, больные шизофренией, не так, как все, видят реальность, им слышатся голоса, отсюда происходят отклонения от нормы поведения в социуме. Окружающим кажется поведение больного очень странным. Это поведение невозможно объяснить логически.
Шизофрению могут вызывать и тяжелые эмоциональные переживания, стрессы. Больные люди при таком заболевании не могут вести общественный образ жизни, работать, общаться с другими людьми. Среди таких больных наблюдается очень большой процент алкоголизма и наркомании. Среди них часто происходят самоубийства. Конечно, при должном уходе и поддержке больные не причиняют себе вред.
Специалистами выявлен интересный факт, который заключается в том, что при долгом общении с больными шизофренией у человека довольно сильно повышается риск самому стать больным.
При шизофрении, как правило, происходят и нарушения в самом головном мозге. Его структура становится аномальной. Проявляться это может в виде образования кист. Происходит и разрушение структуры мозга, что приводит к образованию полостей.
Болезнь начинается незаметно для окружающих и, часто, для самого больного. Начальные стадии могут характеризоваться, например, потерей интереса к жизни, апатией, возникает ощущение, что из человека уходит энергия жизни. В случае, если был перенесен сильный стресс, вызвавший шизофрению, болезнь может проявиться внезапно. Стресс или сильные переживания могут вызвать заболевание шизофренией только у людей, предрасположенных к ней.
Само течение болезни тоже происходит по разному — и в виде приступов, и непрерывно. Причем интересно то, что во время обострения больной явно проявляет все признаки шизофрении, а в период между обострениями ведет себя как все окружающие и не проявляет ни малейших отклонений от нормы. Болезнь может протекать и более или менее ровно, при этом больной не проявляет никаких явных обострений, но и нет периодов нормальной жизни.
Конечно, лечение от шизофрении основывается на анализе признаков ее проявления. Давайте рассмотрим основные симптомы, характеризующие протекание шизофрений.
Обычно находясь в отстраненном состоянии больной часто игнорирует заботу о себе со стороны окружающих, избегает общения, иногда полностью уходит в себя.
Для возвращения больных в социум применяются антипсихотические препараты, которые помогают больному вновь вернуть себя прежнего и обрести связи с обществом.
Самые ярко-выраженные проявления шизофрении уходят при таком лечении за 3-4 недели. Но, несмотря на свое положительное действие, такие препараты имеют и побочный эффект — к примеру, дрожание конечностей и внутренних органов. Поэтому при их применении для каждого пациента доза должна быть скорректирована индивидуально. Или, в дополнение к антипсихотическим препаратам, назначаются снижающие побочный эффект лекарства.
После наступления облегчения и пройдя дополнительные обследования для прогноза, пациенты выписываются домой. Во время пребывания пациентов в домашних условиях близкие люди создают благоприятную безопасную обстановку для скорейшего выздоровления. Ведь любое волнение легко может привести больного в острое состояние и тогда все лечение придется начинать сначала. Кроме того, необходимо, чтобы больной постоянно находился под опекой специальной социальной службы.
Консультации психолога и сеансы психотерапии всегда будут полезны и самим больным, и их близким людям, и родственникам. Близким нужно хорошо разбираться в симптомах болезни для того, чтобы быть готовыми быстро распознать первые признаки рецидива и не дать больному спуститься обратно в свою пропасть.
Нужно признать, что данная болезнь является хронической почти для всех пациентов. Однако, есть и положительная статистика: по неизвестным причинам в одном случае из пяти пациенты вдруг начинают поправляться и избавляются от болезни навсегда.
Но все же большинство пациентов страдает рецидивами и вынуждено прибегать к госпитализации (иногда даже насильственной) и плотной медицинской помощи. Конечно, эти рецидивы перемежаются с периодами нормальной жизни в обществе. Применяемые сегодня современные медицинские препараты и методы лечения позволяют значительно улучшить положительные показатели для больных.
Для закрепления этих показателей окружающие больного близкие люди заботятся о нем, создают безопасную обстановку, исключающую стрессы и любые потрясения. В таких обстоятельствах пациенты часто возвращаются к полноценной жизни в обществе. Если же признаки шизофрении начинали проявляться уже с раннего возраста, то шансов на выздоровление, приходится признать, существенно меньше.
Слово «шизофрения» у большинства из нас является синонимом слов «сумасшедший», «умалишенный», «душевнобольной». Многие думают, что шизофрению невозможно вылечить. К счастью, это не так, на сегодняшний день разработано много методов лечения этого заболевания и ситуация уже не выглядит так трагично, как раньше.
Например, апробированы новые способы лечения шизофрении по так называемой системе антивирус. Основа одного из способа состоит в принятии гипотезы о том, что первопричиной возникновения шизофрении являются вирусы: грипп, герпес, корь, коронавирус. Этот метод комплексный и нацелен на иммуномодуляцию и противовирусную терапию. Он включает в себя следующие направления:
- шизофрения диагностируется с помощью обнаружения и анализа антител и генетического анализа;
- назначается курс лечебной терапии по результатам анализов, полученных на первом этапе;
- прием препаратов, направленных на укрепление иммунитета;
- прием препаратов, нацеленных на избавление от вирусов;
- постоянное наблюдение пациента с целью коррекции проводимой терапии.
Для закрепления достигнутых результатов и продвижения вперед до полного выздоровления используется психотерапия и другие немедикаментозные методы.
В результате исследования влияния данного метода на состояние больных было выявлено явное улучшение речи, памяти и мышления, очевидное выздоровление сосудов головного мозга.
Современное лечение при шизофрении может осуществляться и другими способами. Например, работа с пациентом проводится так, чтобы помогать ему достигать важные для него цели. Цели при этом кажутся важными только самому пациенту.
Лечение при этом проводится одновременно по ряду направлений. Помимо обязательного лекарственного лечения проводится психотерапия и осуществляются меры по социальной адаптации. Такое комплексное лечение проводится по индивидуальной схеме, которая в каждом конкретном случае разрабатывается отдельно.
В некоторых случаях достигаются хорошие результаты и при применении классических подходов таких, как шоковая терапия и судорожная терапия при воздействии на пациента электрическим током. Но такие методики применяются довольно редко и в особо сложных случаях, например, при отсутствии эффекта от медикаментозной терапии или если у пациента наблюдается хроническая депрессия.
Возвращаясь к современным методам лечения больных шизофренией, рассмотрим еще один новый метод лечения шизофрений. Не так давно был разработан и опробован новый препарат для лечения шизофрении.
Этот препарат устраняет нарушения в головном мозге больного человека, нормализуя метаболизм нейромедиатора глютамата.
Положительный эффект связан с тем, что была доказана связь между неправильным выделением глютамата и шизофренией. Испытания этого нового средства показали его исключительную эффективность и отсутствие побочных эффектов.
Специалистами описано довольно много форм шизофрении. Для каждой формы характерны свои особенности протекания болезни. Эти виды выявляются на основании диагностики, бесед с больными и лабораторных исследований. Вот некоторые из них.
Параноидная шизофрения характеризуется наличием навязчивых идей. Сопутствующее явление — это слуховые галлюцинации. Эмоциональная составляющая, как правило, не нарушена.
Гебефреническая шизофрения. Характеризуется началом в молодом возрасте. При такой форме шизофрении нарушается психоэмоциональное поведение человека. Выражение эмоций неадекватно и носит поверхностный характер. Поведение больного невозможно предсказать. Присутствуют негативные моменты такие, как отсутствие воли.
Кататоническая шизофрения. Сопровождается нарушением моторики движений. Полное спокойствие может внезапно сменяться сильным возбуждением. Человек может неожиданно принимать вычурные позы. Эта форма сопровождается галлюцинациями зрительных образов и помрачением сознания.
Резидуальная шизофрения представляет собой хроническую форму, выраженную негативными проявлениями: заторможенность, отсутствие активности, снижена воля, при этом речь больного очень скудна.
И, наконец, простая шизофрения. Ее отличает постепенное развитие, незаметное на первых этапах для окружающих. Появляется неадекватность в поведении, снижается активность. Эта форма протекает без обострений и острых психозов. Это самая легкая форма заболевания.
Мы рассмотрели основные аспекты зарождения, протекания и лечения шизофрений. Причины шизофрений до конца не изучены. Мы выяснили, что методы лечения шизофрении на сегодняшний день довольно разнообразны. Конечно, никто из нас не застрахован от такого страшного заболевания. Особенно тяжело шизофрения протекает у женщин. Ведь больные шизофренией нередко кончают жизнь самоубийством из-за чувства безысходности.
Поэтому чуткое отношение к больным — это уже полпути к здоровью. Помощь врачей, оказанная как только появились первые признаки, это вторая половина пути к успешному избавлению от недуга, особенно, если обнаружена простая форма шизофрении.
В официальной медицине нет такого заболевания или диагноза, как алкогольная шизофрения. Это всего лишь разговорный термин, и его используют не только обычные люди, но и врачи. Как наркологи, так и психиатры постоянно подчеркивают взаимосвязь между проявлениями шизофрении и злоупотреблением алкоголем. При этом, как спиртное провоцирует возникновение болезни, так и само расстройство может стать причиной непреодолимой тяги к алкоголю.
Шизофрения алкогольная – это термин, принятый для обозначения сочетания эндогенного душевного расстройства и пристрастия к спиртному.
Причины появления шизофрении, как у непьющего человека, так и на фоне употребления алкоголя, следующие:
- наследственная предрасположенность;
- особенности развития в пренатальном периоде и родовые травмы;
- провоцирующие социальные факторы;
- детские психологические травмы;
- травмирование и инфекции мозга;
- сильные стрессы.
Все эти факторы при употреблении алкоголя обостряются и приводят к возникновению болезни.
Не каждый пьющий человек заболевает шизофренией, так же, как и не каждый человек ею страдающий тянется к спиртному. Несмотря на то, что взаимосвязь алкоголя и этого расстройства установлена, на сегодняшний день дать четкий ответ, почему одного человека привязанность к спиртным напиткам приводит к болезни, а другого нет, невозможно.
Дальше всех в вопросе изучения развития алкогольной шизофрении продвинулась нейробиология.
Важно! К появлению признаков болезни и ее развитию приводит систематическое употребление спиртных напитков, то есть человек, выпивающий ежедневно, рискует гораздо больше, чем тот, кто случайно выпьет слишком много, например, в праздничные дни.
С точки зрения нейробиологии, шизофрения алкогольная – это всего лишь последствие нарушений цепочки импульсов в мозгу, в ходе передачи и обработки поступающей из окружающей реальности информации.
То есть, появление шизофрении – это следствие нарушения взаимодействия нервных клеток, а вот причиной этого нарушения является злоупотребление алкоголем. И наоборот, генная мутация, в результате которой изначально нарушены процессы в нервной клеточной деятельности, приводит к алкоголизму.
К нарушениям цепочки импульсов, возникающей в головном мозге, приводят:
После того как произошел сбой в восприятии и анализе действительности, явившееся причиной запуска шизофрении, происходит ее развитие, и появляются начальные признаки.
Нейробиологи кафедры Чикагского университета, занимающиеся вопросами взаимосвязи душевных расстройств и алкоголя, а также изучением шизофрении, выявили, что в мозгу человека происходит распад белковых составляющих, что и является началом развития болезни.
Когда разрушение белковой массы становится критическим, проявляются первые симптомы шизофрении:
При первичной шизофрении и алкоголизме, как ее следствии, человек осознает свое состояние и интуитивно пытается компенсировать его нейростимуляторами, самым доступным из которых является спиртное.
Начав употреблять алкоголь, больной очень быстро спивается, так как отсутствие нужного количества белка в составе тканей мозга не позволяет ощущать “чувство меры”. Такие люди не только бесконтрольно выпивают, но и не в состоянии ощутить чувство сытости при еде, усталости во время занятий спортом и многое другое. В отличие от алкоголя, другие сферы контролируются внешними ограничениями – размер порции или объем приготовленной пищи, время, отведенное для спортивных занятий и так далее.
Согласно наблюдениям психиатров и наркологов, при душевных расстройствах самое главное – не употреблять спиртное. Лечить развивающуюся алкогольную шизофрению на фоне уже имеющегося расстройства личности намного труднее, чем тех случаях, когда причиной болезни стал алкоголь.
Достижения нейробиологии в вопросе изучения алкогольной шизофрении учитываются как медициной, так и фармакологический промышленностью. Самые современные препараты для лечения этого расстройства ориентированы на комплексный подход – как на лечение самого психоза, так и на восстановление белковых соединений в головном мозге.
Факт! При исследовании вероятности наследственной передачи шизофрении и алкоголизма в университете Чикаго были задействованы 600 добровольцев, их родственники и дети. У участников были сделаны все анализы, взята стволовая клеточная жидкость и проведено исследование мозга с помощью МРТ. Самый глобальный исследовательский проект длится до сих пор. Однако самыми первыми его результатами и открытиями уже пользуются специалисты для производства лекарств с новыми формулами для лечения психического заболевания.
Клиническая картина такой взаимосвязи, как шизофрения и алкоголь, полностью выявлена и изучена. Для течения этого заболевания характерны следующие симптомы:
Основное отличие алкогольной шизофрении от последствий интоксикации организма спиртным в том, что симптоматика наиболее ярко проявляется в трезвом состоянии, в то время как у страдающего обычным алкоголизмом она возникает в процессе употребления спиртных напитков.
Срочную медицинскую помощь нужно вызывать при проявлении в состоянии трезвости таких симптомов, как:
Игнорирование этих признаков может иметь печальные последствия, как для самого больного, так и для других людей.
Важно! Больной алкогольной шизофренией очень опасен для своих близких. В состоянии острого галлюциноза нездоровый человек может увидеть в родных угрозу или опасность для себя или для всего мира. Предсказать действия такого больного просто невозможно.
Около 10 лет назад лечение алкогольной шизофрении считалось малоэффективным. Пациентов приходилось изолировать, врачи постоянно сталкивались с возвращением и даже обострением болезни, симптомы прогрессировали, несмотря на отсутствие спиртного и наличие лекарственной терапии.
Некоторые психиатры с мировыми именами считали, что такое сочетание, как алкоголизм и шизофрения, не поддается лечению. Однако с развитием наук, изучающих деятельность головного мозга, ситуация в корне изменилась, и сегодня заболевание успешно корректируется и лечится. Самое важное при борьбе с этим расстройством – комплексный подход, потому что лечение шизофрении без лечения алкоголизма и наоборот не будет успешным.
В качестве медицинских препаратов применяются средства последнего поколения, направленные на восстановление утраченных связей между нервными клетками и учитывающие нехватку белка в головном мозге.
В целом, терапия включает в себя следующие группы препаратов:
Нейролептические средства подавляют симптоматику, останавливают разрушение клеточных ядер в нервных тканях, нормализуют функциональность вегетативных отделов, тем самым снимая состояние напряжения и останавливая развитие психозов.
Транквилизаторы справляются с депрессиями, тревожностью, паранойями и другими подобными состояниями, включая нарушения сна и некоторые физиологические симптомы, например, тремор.
Иммуномодуляторы – основа комплексной медикаментозной терапии, они, с одной стороны, устраняют интоксикацию организма, а с другой – способствуют регенерации белковых клеток в мозге.
Витамины и соединения жирных кислот доставляют комплекс питательных веществ в организм. Их подбирают индивидуально, исходя из результатов анализов пациента. Так же от состояния больного зависит и форма этих средств – в особо критических ситуациях назначаются инъекции.
Кроме медицинских препаратов очень важной частью лечения является психотерапия, наблюдение у нарколога, сдача всех назначенных врачом анализов и, при необходимости, капельное выведение токсинов из крови.
Шизофрения и алкоголизм – 2 тяжелейших заболевания, которые могут сочетаться в одном человеке и иметь непредвиденные последствия, поэтому лечение должно вестись в 2-х направлениях. Отсутствие помощи со стороны нарколога или психиатра приведет к необратимым изменениям личности и постоянной, хронической форме психических отклонений. Больной алкогольной шизофренией должен всю жизнь находится под наблюдением этих специалистов.
Важно! При лечении алкогольной шизофрении не используются групповые терапевтические занятия, физические нагрузки и использование успокоительных препаратов.
Несмотря на то что исследователи изучают мозг уже более ста лет, они до сих нор не понимают, как этот полуторакилограммовый орган обеспечивает всю сознательную активность человека. Многие пытались решать эту проблему, изучая нервную систему простых организмов. Прошло уже 30 лет с тех пор. как были описаны вес соединения всех 302 нейронов у нематоды Caenorhabditls elegans. Тем не менее сама по себе та схема пока еще не позволила понять, как данные нейроны обеспечивают даже такое элементарное поведение, как питание и размножение. Чтобы выяснить, как активность нервных клеток формирует определенный тип поведения, не хватало данных.
У человека проблема выявления связи между нейроном и поведением стоит значительно более остро. Средства массовой информации регулярно сообщают о томографических исследованиях, показывающих, что. когда мы чувствeем себя отвергнутыми или говорим на иностранном языке, у нас активируются определенные области мозга. Эти новости создают впечатление, что современные научные технологии обеспечивают глубокое фундаментальное понимание принципов работы нервной системы. Однако это впечатление ошибочно.
Примечательный пример такого несоответствия — получившее широкое освещение в прессе исследование отдельных нейронов, которые возбуждались в ответ на предъявление изображения актрисы Дженнифер Энистон. На самом деле, несмотря на возникший ажиотаж, открытие нейронов Дженнифер Энистон было чем-то вроде сообщения от инопланетян: знак наличия разумной жизни по Вселенной, по без всякого намека на смысл этого послания. Мы до сих пор не понимаем, как активность данного нейрона влияет на способность не только узнавать лицо Энистон, но и соотносить его с фрагментом из сериала «Друзья». По-видимому, для того, чтобы мозг смог распознать лицо телезвезды, требуется работа большого нейронного ансамбля, все члены которого общаются с помощью какого-то нейронного кода, который нам еще только предстоит расшифровать.
Кроме того, открытие нейрона Дженнифер Энистон иллюстрирует уровень, которого достигла современная нейробиология. У нас уже есть методы для регистрации отдельных нейронов в мозге живого человека. Но для дальнейшего продвижения необходимы новые технологии, позволяющие исследователям наблюдать и управлять электрической активностью тысяч или даже миллионов нейронов и способные расшифровать те «непроходимые джунгли», в которых, по словам одного из основоположников современной нейробиологии испанского гистолога Сантьяго Рамона-и-Кахаля (Santiago Ramon у Cajal), -заблудились многие ученые.
Теоретически такой методический прорыв поможет преодолеть пропасть между электрической активностью нейрона и пониманием механизмов когнитивных функций мозга, таких как восприятие, эмоции, принятие решений, и в конечном счете сознание. Расшифровка активности мозга, обеспечивающей мышление и поведение, приведет и к пониманию того, что происходит, когда нейронные цепи начинают работать неправильно при психиатрических и неврологических нарушениях, например при шизофрении, аутизме, болезнях Альцгеймера и Паркинсона.
Наконец требования технологического скачка в изучении мозга были услышаны за пределами лабораторий. В прошлом году администрация президента США Барака Обамы объявила о создании крупномасштабного проекта по изучению мозга BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative. Это стало наиболее заметной научной инициативой президента за второй срок.
Этот проект, начальное финансирование которого в 2014 г. составило более S100 млн. направлен в первую очередь на разработку технологий, позволяющих регистрировать сигналы сразу от очень большого числа нейронов и даже от целых областей мозга. Американский проект BRAIN дополняет другие научные проекты за пределами США. Так, Европейский союз выделил $1.6 млрд на разработку компьютерной модели мозга человека (The Human Brain Project). Масштабные проекты в области нейронаук начаты в Китае. Израиле и Японии. Вложение средств в развитие наук о мозге по всему миру напоминает о других послевоенных научных и технических проектах, ориентированных на актуальные национальные приоритеты, такие как атомная энергетика, ядерное оружие, исследования космоса, создание компьютеров, альтернативные источники энергии и расшифровка генома. Наступила эра исследования мозга.
Выясняя, как нейроны формируют представление о Дженнифер Энистон или о чем-то похожем в нашем субъективном опыте или в восприятии окружающего мира, мы сталкиваемся с непреодолимым препятствием. Оно заключается в переходе от измерения показателей одного нейрона к пониманию того, как группы нервных клеток могут участвовать в сложных взаимодействиях, из которых образуется большее единое целое. Такое свойство ученые называют эмерджентностью. Например, температура, прочность материала, намагниченность металла — все это возникает только вследствие взаимодействия множества атомов и молекул. Папример, для одних и тех же атомов углерода характерны и твердость алмаза, и мягкость графита, который так легко оставляет свои слои на бумаге. Твердость или мягкость — эмерджентное свойство, зависящее не от отдельных атомов, а от типа взаимодействий между ними.
По-видимому, мозг тоже проявляет эмерджентные свойства, которые остаются абсолютно непонятными ни входе наблюдения за отдельным нейроном, ни при оценке (с низкой разрешающей способностью) активности большой группы нейронов. Выявить в мозге восприятие цветка или детские воспоминания можно, только наблюдая за активностью нейронных сетей, которые проводят электрические сигналы по запутанным цепочкам из сотен и тысяч нервных клеток. Хотя эта проблема уже давно знакома нейрофизиологам, до сих пор нет возможности регистрировать активность отдельных нейронных цепочек, которые определяют восприятие, память, сложное поведение и другие когнитивные функции.
Одной из смелых попыток преодолеть это ограничение стала коннектомика— построение карты всех связей (синапсов) между нейронами. Недавно в США стартовал проект по построению схемы связей мозга человека (Human Connectome Project). Однако, как и при изучении нервной системы нематоды, такая схема— всего лишь начальный пункт. Она не отражает постоянно меняющиеся электрические сигналы, определяющие конкретные когнитивные процессы.
Для осуществления такой регистрации нам необходимы новые способы измерения электрической активности мозга. Те методы, которые используются сейчас, либо позволяют получить точную картину работы отдельных нейронов на очень небольшом участке мозга, либо охватить большой объем, но с разрешением, недостаточным дли наблюдения за включением или выключением отдельных нейронных цепочек. Сейчас для точной регистрации нейронной активности в мозг лабораторных животных вживляют игольчатые электроды, регистрирующие электрические импульсы от нервной клетки, которые она генерирует, получая химический сигнал от соседней клетки. Когда на нейрон приходит сигнал, потенциал на его мембране меняется. Изменение напряжения вызывает открытие ионных каналов в мембране клетки, через которые в нейрон поступают положительно заряженные ионы, например ионы натрия. Приток ионов приводит к генерации электрического импульса— потенциала действия, или спайка, который распространяется дальше по аксону (длинный отросток нейрона), запуская на его конце передачу химического сигнала следующей клетке, и тем самым осуществляет передачу сигнала по нервной цепочке. Регистрация одного нейрона похожа на попытку посмотреть фильм, наблюдая только за одним пикселем экрана. Кроме того, поскольку это инвазивный метод, введение электрода может повредить нервную ткань.
С другой стороны, методы, позволяющие оценивать общую активность нейронов в целом мозге, тоже не подходят. Самый известный из них—электроэнцефалография (ЭЭГ)— метод, предложенный Гансом Бергером (Hans Berger) в 1920 г. На голове размещают электроды, каждый из которых регистрирует суммарную активность 100 тыс. нейронов, расположенных под ним. Запись ЭЭГ представляет собой колебание «воли» электрической активности, меняющих свою амплитуду за несколько миллисекунд, определить при этом, какой именно нейрон активен, невозможно. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) можно определить, какие области работают интенсивнее, — они будут более яркими на изображении мозга (томограмме). Этот метод неинвазивный. т.е. не требует хирургических вмешательств, но имеет очень низкое временное и пространственное разрешение. На каждый элемент томограммы (воксель— трехмерный пиксель) приходится примерно 80 тыс. нейронов. Кроме этого. фМРТне регистрирует активность нейронов напрямую, а только по вторичным признакам — изменению кровотока в том или ином вокселе.
Чтобы получить представление об эмерджентной активности мозга, ученым требуются новые чувствительные датчики, которые позволяли бы одновременно регистрировать тысячи отдельных нейронов. Появлению таких приборов могут помочь нанотехнологии, создающие новые материалы, зачастую меньшего размера, чем некоторые молекулы. Уже создан прототип матрицы, содержащей более 100 тыс. электродов, расположенных на кремниевой подложке. Такое устройство может регистрировать тысячи нейронов па сетчатке. Дальнейшее развитие этой гехнологии предполагает сворачивание плоской матрицы в трехмерную структуру, укорочение электродов для уменьшения повреждений тканей мозга и удлинение соединительных элементов, позволяющих проникать в нижние слои коры головного мозга. У больных людей, например, такой прибор мог бы зарегистрировать активность десятков тысяч нейронов и вычленить в ней активность каждой клетки.
Использование электродов— лишь один из способов зарегистрировать активность нейронов. В лаборатории уже приходят технологии, оставившие далеко позади электрические датчики. Технологии, заимствованные из физики, химии и генетики, позволяют наблюдать за нейронами у бодрствующего животного в процессе его повседневной жизни.
Миша Арене из Медицинского института Говарда Хьюза в прошлом году приоткрыл завесу над технологиями будущего, сделав визуализацию под микроскопом целого мозга личинки рыбки данио. Данио— излюбленный объект нейробиологов. потому что в своей личиночной стадии эта рыбка совершенно прозрачна, что позволяет наблюдать ее внутренние органы, в том числе и мозг. В этом эксперименте нейроны личинки были генетически модифицированы так. что они флюоресцировали, когда в клетку входили ионы кальция при генерации нервного импульса. Иод микроскопом мозг освещали тонким пучком света, а камера шаг за шагом фотографировала светящиеся нейроны.
Один из нас (Рафаэль Юсте) с помощью такой технологии, получившей название «оптическая регистрация кальция», впервые зарегистрировал активность почти 80% нейронов данио (всего их порядка 100 тыс.). Оказалось, что даже когда личинка рыбки находится в состоянии покоя, многие области ее нервной системы включаются и выключаются, образуя загадочные светящиеся
узоры. О том. что нервная система всегда активна, исследователи знали еще со времен изобретения Бергером метода ЭЭГ. Эксперименты па данио внушают надежду, что новые технологии визуализации помогут понять стойкую спонтанную активность больших групп нейронов — один из важнейших вопросов нейробиологии.
Тем не менее необходимы еще более совершенные технологии, чтобы понять, как активность мозга порождает поведение, и эксперименты с данио только начало. Требуется разработка новых типов микроскопов для наблюдения за активностью нейронов в трехмерном пространстве. Кроме того, оптическая регистрация кальция— слишком медленный метод для наблюдения за высокочастотными разрядами нервных клеток и не позволяет выявить тормозные сигналы, которые снижают электрическую активность клеток.
Нейрофизиологи, работая вместе с генетиками, физиками и химиками, пытаются улучшить оптические методы, чтобы регистрировать не изменение уровня кальция в клетке, а непосредственно изменение потенциала на мембране. Можно ввести в нейрон или встроить с помощью генной инженерии в клеточную мембрану красители, которые меняют свои оптические свойства в зависимости от изменения потенциала: такой метод может оказаться более информативным, чем оптическая регистрация кальция. Этот альтернативный метод, получивший название оптической регистрации мембранного потенциала, в конечном счете позволит исследователям увидеть электрическую активность каждой клетки в целой сети нейронов.
Сейчас оптическая регистрация потенциала находится еще только на этане становления. Химики должны усовершенствовать способность красителей менять цвет или иные характеристики в ответ на генерацию нервного импульса. Красители должны быть безвредными для клетки. Молекулярные биологи уже сконструировали датчики напряжения, закодированные в геноме. Такие клетки считывают нуклеотидную последовательность и синтезируют флуоресцентный белок, который встраивается в наружную мембрану клетки. После этого он может менять степень своей флуоресценции в зависимости от потенциала нейрона.
Как и в случае с электродной регистрацией, современные нанобиологические технологии могут помочь и при оптической регистрации. Например, заменить органические красители или генетические датчики на квантовые точки— маленькие полупроводниковые частицы, демонстрирующие квантово-механические эффекты. Такие частицы могут очень точно регулировать свои оптические свойства, например цвет или яркость свечения. Другой современный материал— наноалмаз — пришел из квантовой оптики. Он высокочувствителен к колебаниям электрического поля вследствие изменения электрической активности клетки. Кроме того, можно создавать гибриды наночастиц и обычных органических или генно-инженерных красителей. В этом случае наночастица будет выступать в качестве •антенны», усиливая флуоресцентные сигналы слабой интенсивности.
Другая техническая проблема, возникающая при визуализации нейронной активности, связана с тем что сложно регистрировать свет около нейронных цепочек, расположенных в глубине мозга. Для ее решения нейротехнологи тесно сотрудничают со специалистами в области вычислительной оптики, технологии материалов и медицины, которым также необходимо неинаазивно смотреть внутрь непрозрачных объектов, таких как кожа, череп или компьютерная микросхема. Ученым давно известно, что когда на твердое тело падает свет, какая-то часть его рассеивается и по рассеянным фотонам в принципе можно определить особенности отражающего объекта.
Например, свет от фонарика, проходящий сквозь руку, образует на другой ее стороне пятно диффузного света, в котором нет никаких намеков о месторасположении костей или сосудов под кожей. Однако информация о пути, которым свет прошел через препятствие, не утеряна окончательно. Волны света рассеиваются и затем могут интерферировать друг с другом. Если полученный световой рисунок снять на камеру, то с помощью новых вычислительных методов можно получить представление о структуре того, через что шел свет. Такая технология позволила Рафаэлю Пьеступу (Rafael Piestun) и его коллегам из Колорадского университета в Боулдере в прошлом году посмотреть сквозь непрозрачный объект. Эти методы можно объединить с другими оптическими технологиями, втом числе теми, которые используют астрономы для коррекции атмосферных искажений звездного света. Такая так называемая вычислительная оптика может помочь визуализировать флуоресцентные сигналы от потенциал-чувствительных красителей у нейронов, лежащих в глубине мозга.
Некоторые из таких новых оптических технологий были успешно использованы для наблюдения за процессами в мозге человека и животных: исследователи, сняв кусочек черепа, смогли увидеть процессы, протекающие на глубине более 1 мм от поверхности коры, Развитие данного метода позволит в будущем увидеть мозг сквозь кости черепа. Однако подобные оптические технологии не способны регистрировать структуры, лежащие глубоко в мозге. Эту проблему может решить еще одна новая разработка. В настоящее время нейрорадиологи используют микроэндоскопию, когда в бедренную артерию вводят тонкую и гибкую трубку с микроскопическим световодом, который по сосудам можно провести ко всем органам, в том числе и к мозгу. В 2010 г. группа ученых из Каролинского института в Стокгольме разработала устройство, позволяющее не нанося никакого вреда проникать через стенки артерий или иных сосудов, по которым идет эндоскоп, и таким образом создавать возможность для любой регистрации, в том числе и электрической активности, в любых участках мозга, не ограничиваясь только сосудистым руслом.
Несмотря на то что электроны и фотоны на первый взгляд — самые очевидные кандидаты на способы регистрации активности мозга, они не единственные. В ближайшем будущем важную роль могут сыграть генетические технологии. Один из нас (Джордж Черч) вдохновился идеями синтетической биологии, обращающемся с биологическим материалом как с деталями механизма. Недавние исследования показали, что с помощью генной инженерии можно так изменить лабораторных животных, что их нейроны начнут синтезировать молекулу-тикер, которая будет особым и заметным образом изменять что-то в клетке всякий раз. когда нейрон возбуждается. Например, тикер может создаваться ДНК-полимеразой которая считывает последовательность нуклеотидов в одной цепочке ДНК и собирает вторую, комплементарную первой. Приток ионов кальция после генерации импульса нейроном приведет к тому, что полимераза будет синтезировать другую последовательность нуклеотидов. т.е. совершать ошибки. Далее для каждого нейрона мозга экспериментального животного может быть определена полученная последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Современная инновационная технология, называющаяся флуоресцентным секвенированием in situ, позволяет выявить изменения и ошибки по сравнению с оригинальной последовательностью нуклеотидов. соответствующие интенсивности или временным характеристикам электрической активности нейрона. В 2012 г. лаборатория Черча сообщила о возможном практическом применении метода ДНК тикера для работы с ионами машин, марганца и кальция.
В будущем посредством методов синтетической биологии предполагается создание искусственных клеток, которые будут выступать в роли наблюдателей, патрулирующих тело человека. Генно-инженерные клетки могут служить и биологическими электродами размером тоньше волоса, которые могут размещаться рядом с нейроном и улавливать его разряды. Электрическая активность может быть зарегистрирована с помощью миниатюрнейших интегральных наносхем расположенных внутри синтетической клетки, способных передавать информацию по беспроводной связи на ближайший компьютер. Это гибридное наноустройство, состоящее из биологических и электронных частей, сможет получать энергию с помощью внешнего ультразвукового передатчика или даже из самой клетки, используя глюкозу. АТФ (аденозин-трифосфат) и другие молекулы.
Чтобы понять, что же происходит в огромной паутине мозга, исследователи должны уметь больше, чем просто делать снимки активности. Необходимо иметь возможность включить или выключить выбранную группу нейронов, чтобы узнать, за что она отвечает. В последние годы в нейробиологии получили широкое распространение методы оптогенетики при которых используют животных, генетически измененных так. что их нейроны способны синтезировать светочувствительные белки, взятые у водорослей и бактерий. Когда через оптоволокно приходит свет определенной длины волны, эти белки могут активировать или. наоборот, выключать нейрон. Исследователи используют такой метод для активации нейронных цепей для создания чувства удовольствия и других компонентов реакции па подкрепление или для улучшения моторных навыков при болезни Паркинсона. С помощью онтогенетических методов удалось даже создать ложные воспоминания мышам.
Прежде чем оптогенетические методы могут быть применены для лечения человека они. как и положено продуктам, полученным с помощью генной инженерии, должны пройти долгие процедуры согласования. Для ряда случаев существует более удобная альтернатива. Например, нейротрансмиттер (вещество, регулирующее активность нейрона) можно упаковать в светочувствительную молекулу, как в клетку. Как только на нейрон поступает свет, молекул а-клетка распадается, нейротрансмиттер высвобождается и начинает действовать. Стивен Ротман (Steven Rothman) из Миннесотского университета вместе с лабораторией Юсте в 2012 г. провел исследование, в котором вводил крысам ГЛМК (гамма-аминомасляная кислота — нейротрансмиттер. подавляющий нейронную активность), упакованную в клетку из рутения. У животных химическим образом вызывали эпилептический припадок. Включение импульсного освещения мозга синим светом приводило к высвобождению ГАМК и прекращению судорог. Подобные оптохимические технологии сейчас используются, чтобы определить функцию отдельных нейронных цепочек. В дальнейшем, если эти методы будут развиваться, их можно использовать для лечения некоторых неврологических и психических заболеваний.
От фундаментальных исследований доклинического использования лежит долгий путь. Каждую новую идею о том как можно измерить или изменить активность всей нервной системы, сначала проверяют на дрозофилах, нематодах, грызунах и только потом используют для людей. Предположительно через пять лет напряженной работы ученые получат возможность наблюдать и управлять большинством из 100 тыс. нейронов дрозофилы. Методы регистрации и модуляции нейронной активности мозга мышей вряд ли появятся в ближайшее десятилетие. Некоторые технологии, как, например, тонкие электроды, с помощью которых можно скорректировать нарушенные нервные цепочки, могут появиться в медицинской практике уже через несколько лет, в то время как для других методик понадобятся десятилетия.
По мере роста сложности нейротехнологий потребуются и более совершенные средства хранения и обработки огромного массива накопленных данных. Регистрация активности всех нейронов в коре больших полушарий у мыши может занимать 300 терабайт в час. Но не следует считать эту задачу невыполнимой. Развитые научно-исследовательские базы, такие как астрономические обсерватории, геномные центры, ускорители элементарных частиц, могут получать, объединять и распределять и такой тип данных. Новая научная дисциплина нейроинформатика сможет расшифровать работу нервных систем так же. как и в свое время биоинформатика помогла справиться сданными секвеннрования. полученными в результате проекта по изучению человеческого генома (Human Genome Project).
Умение анализировать петабайты информации поможет не только навести порядок в огромном потоке новых данных. Оно может заложить основы для новых объяснений того, как какофония нервных импульсов преобразуется в восприятие, обучение и память. Анализ огромного массива данных также поможет подтвердить или опровергнуть теории, которые нельзя было проверить раньше. Одна любопытная теория утверждает, что у многих нейронов, образующих нейронную сеть, возникают определенные последовательности разрядов, называемые аттракторами, которые могут отражать различные состояния мозга, такие как мышление, память или принятие решений. В недавнем исследовании мышь должна была принять решение, какой из отсеков виртуального лабиринта, проецируемого на экран, пересечь, В это действие вовлекались десятки нейронов, которые демонстрировали динамические изменения активности, схожие с аттрактором.
Более глубокое понимание работы нейронных цепочек поможет объяснить причины многих заболеваний мозга, от болезни Альцгеймера до аутизма, и улучшить их диагностику. Врачи, получив возможность наблюдать за изменениями в активности отдельных нейронных цепочек, смогут направить усилия на исправление именно этих отклонений, а не просто на борьбу с симптомами. И, естественно, знание о причинах заболеваний даст экономические преимущества медицине и биотехнологиям. Надо рассмотреть и этические и правовые вопросы, как это было и для проекта по расшифровке генома человека, особенно если исследователи получат возможность определять и изменять психические состояния человека. Такие результаты потребуют тщательной защиты личной информации пациента.
Для того чтобы различные программы по изучению мозга были успешны, ученые и их спонсоры должны сконцентрироваться именно на наблюдении и управлении нейронными цепочками. Идея программы DRAIN родилась из публикации в журнале Neuron в июне 2012 г. В ней мы и наши коллеги предложили проект долговременного сотрудничества физиков, химиков, нанотехнологов, молекулярных биологов и нейробиологов для разработки «карты активности мозга- с помощью новых методов регистрации и управления электрической активностью нейронных цепочек.
Мы стремились, чтобы с развитием проекта основное внимание сосредоточилось на нашей изначальной идее — создании метода. Сфера исследований мозга огромна, и программа BRAIN легко может превратиться в список смешанных запросов, пытающийся удовлетворить широкомасштабные интересы многих разделов нейробиологии. Тогда она станет всего лишь дополнением к уже существующим независимым проектам разных лабораторий.
Если это произойдет, то развитие будет беспорядочным и основные технические проблемы не будут решены никогда. Необходимо сотрудничество между разными областями науки. Только последовательной работой большой междисциплинарной группы ученых можно создать инструмент для регистрации электрической активности нейронов одновременно в различных отделах мозга. Эта технология должна быть доступна в крупномасштабном научном центре для совместного использования нейробиологами. Мы возлагаем большие надежды на новые разработки по регистрации, управлению и расшифровке языка мозга— электрических импульсов, которыми обмениваются нейроны. Мы убеждены, что без новых методов развитие нейробиологии застопорится и человек не сможет понять эмерджентные свойства мозга, которые лежат в основе бесконечного разнообразия поведения. Чтобы построить большую теорию о том, как работает самое сложное устройство, созданное природой, необходимо расширять наши возможности по использованию и пониманию языка нейронов.
