НЕЙРОСЕТЕВЫЕ И НЕЙРОИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА В НОРМЕ И У БОЛЬНЫХ ШИЗОФРЕНИЕЙ

1,8Ушаков В.Л., 1Малахов Д.Г., 1,9Малашенкова И.К., 1,9Крынский С.А., 1Орлов В.А., 1,8Карташов С.И., 1,8Коростелева А.Н., 1Скитева Л.И., 1Величковский Б.М., 1,8Сбоев А.Г., 1Селиванов А.А., 1Молошников И.А., 2Масленникова А.В., 2Архипов А.Ю., 2Стрелец В.Б., 2Дорохов В.Б., 3,4Захарова Н.В., 3,7Морозова А.Ю., 5Вартанов А.В., 6Шараев М.Г., 3Костюк Г.П.

1НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия
2ИВНДиНФ РАН, Москва, Россия
3ГБУЗ «Психиатрическая клиническая больница No 1 им. Н.А. Алексеева Департамента здравоохранения Москвы», Москва, Россия
4РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия
5Московский государственный университет, Москва, Россия
6Автономная некоммерческая образовательная организация высшего профессионального образования “Сколковский институт науки и технологий”, Москва, Россия
7ФГБУ "НМИЦ ПН им. В.П. Сербского" Минздрава России, Москва, Россия
8НИЯУ МИФИ, Москва, Россия
9ФГБУ ФНКЦ физико-химической медицины ФМБА России, Москва, tiuq@yandex.ru

Данное междисциплинарное исследование было направлено на системное изучение работы нейросетей головного мозга человека при синдроме мягкого когнитивного снижения (MCI), при шизофрении, а также в норме. На основе ранних идей великого русского невролога В.М. Бехтерева, предварительного психологического тестирования и изучения анамнеза заболевания была разработана уникальная методика индивидуального подбора стимульного материала разной модальности (визуальные и аудиостимулы) для каждого пациента. С использованием функциональных МРТ-методов была выполнена сравнительная визуализация нейросетей головного мозга, принимающих участие в восприятии выбранного стимульного материала и нейтральных стимулов. Предложены методы балансировки индивидуально подобранных стимулов для группы пациентов и контроля. На основе применения методов теории графов к данным трактографии было проведено сравнительное исследование rich-club структур головного мозга в группах у больных и контрольных испытуемых. Полученные данные показали различия в активации нейросетей на предъявляемые стимулы у нормы и больных, а также разную структуру организации rich-club зон, что позволяет предполагать возможность создания метода классификации больных шизофренией и нормы с использованием дополнительных иммунологических параметров. Было проведено дифференциальное определение иммунологического статуса больных шизофренией и здоровых испытуемых. Были исследованы взаимосвязанные показатели клеточного и гуморального иммунитета, маркеры системного воспалительного ответа и уровень основных медиаторов иммунного взаимодействия – цитокинов, а также уровни нейротрофических факторов, фактор роста VEGF A и его растворимый рецептор, а также маркер повреждения нейронов в крови - нейрофиломент Н. На основании комплексного исследования полученные данные были проанализированы с учетом формы заболевания, вариантов клинического течения, выраженности ментальных расстройств и впервые позволили выделить нейроиммунологические профили больных с шизофренией. Подобный комплексный характер исследования обеспечивает новизну полученных результатов. Для балансировки стимулов в целях визуализации средствами фМРТ различий между больными шизофренией и здоровыми испытуемыми при восприятии стимульного материала была впервые изучена возможность и перспективность применения метода формирования индивидуальных карт когнитивного психологического пространства на основе МР-совместимой полиграфической регистрации вегетативных показателей (фотоплетизмограмма, дыхание, кожно-гальваническая реакция). Полученные в ходе анализа результаты экспериментов с контрольной и диагностической группами указывают на необходимость внесения изменений в организацию методики экспериментального исследования на базе метода формирования индивидуальных карт когнитивного психологического пространства. Была разработана оригинальная методика и получены первые данные по изучению механизмов включения нейросетей головного мозга в поддержание базового уровня сознания при пробуждении и в состоянии сна как одного из возможных маркеров развития заболевания. У здоровых испытуемых в момент пробуждения подавляется обширная диффузная корковая активность, характерная для сна, и активируются точечные базальные структуры (ядра таламуса, ствола, области мозжечка, а также некоторые локальные области коры, такие как клин), наблюдается более частая активация правого таламуса в момент пробуждения, чем левого. Были получены данные по различию архитектуры эффективных связей в активности расширенной нейросети по умолчанию (DMN, включая оба гиппокампа и миндалины) между больными шизофренией и нормой на основе фМРТ-данных состояния покоя. Точность прогноза байесовского классификатора на основе выбранных дискриминирующих групп эффективных связей составила 65%, что значимо отличается от случайного выбора. Данная работа была частично поддержана грантом НИЦ «Курчатовский институт» (МР-совместимая полиграфия, приказ No 1649 от 11 июля 2018 года), грантом ОФИ-м 17-29-02518 (когнитивно-эффективные структуры головного мозга).

NEURONETWORK AND NEURO-IMMUNOLOGICAL LEVELS OF BRAIN ORGANIZATION AT THE NORM AND THE PARANOID SCHIZOPHRENIA

1,8Ushakov V.L., 1Malakhov D.G., 1,9Malashenkova I.K., 1,9Krynskiy S.A., 1Orlov V.A., 1,8Kartashov S.I., 1,8Korosteleva A.N., 1Skiteva L.I., 1Velichkovsky B.M., 1,8Sboev A.G., 1Selivanov A.A., 1Moloshnikov I.A., 2Maslennikova A.V., 2Arkhipov A.Yu., 2Strelets V.B., 2Dorokhov V.B., 3,4Zakharova N.V., 3,7Morozova A.Yu., 5Vartanov A.V., 6Sharaev M.G., 3Kostyuk G.P.

1National Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia
2Institute of Higher Nervous Activity & Neurophysiology of RAS, Moscow, Russia
3Alekseyev Psychiatric Hospital No. 1, Moscow, Russia
4Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia
5Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
6Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscow, Russia
7Serbsky National Medical Research Centre on Psychiatry and Narcology, Moscow, Russia
8National Research Nuclear University “MEPhI”, Moscow, Russia
9Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency, Moscow, Russia, tiuq@yandex.ru

This interdisciplinary project is aimed at a systematic study of the operation of human brain neural networks in the syndrome of Mild Cognitive Impairment (MCI), in patients with schizophrenia, and also in the control group of healthy subjects (norm). On the basis of early ideas of the great Russian neurologist V.M. Bekhterev, individual selection of stimuli of different modalities (visual and aural) was performed for each subject following preliminary psychological testing and studying of patient history of the disease. With the use of functional methods, a comparative visualization of the brain neural networks taking part in the perception of the selected stimulus material comparing to neutral stimuli was carried out. Stimulus balancing methods for patients and healthy subjects were suggested. Based on the application of methods of graph theory to the data of tractography, a comparative study of rich-club structures of the brain in groups of patients and control subjects was carried out. The obtained data showed differences in a structure of organization of the rich-club zones in the norm and in patients, suggesting the possibility of creating a method for classifying patients with schizophrenia and the norm using additional immunological parameters. A differential determination of the immunological status of patients with schizophrenia and healthy subjects was performed. Interrelated indicators of cellular and humoral immunity, markers of the systemic inflammatory response and the level of the main mediators of the immune interaction – cytokines, the levels of neurotrophic factors, growth factor VEGF A and its soluble receptor, as well as a marker of neuronal damage in the blood - neurofilament H. Based on a comprehensive study, the data obtained were analyzed taking into account the form of the disease, clinical course variants, the severity of mental disorders, and for the first time allowed to isolate the neuroimmunological profiles of patients with schizophrenia. Such a complex nature of the research ensures the novelty of the results obtained. For fMRI visualization of differences between schizophrenic patients and healthy subjects in the perception of stimulant material, to balance the stimuli, the possibility and prospects of using the method of forming individual maps of cognitive psychological space for the first time was studied on the basis of MR-compatible polygraph registration of vegetative indices (photoplethysmogram, respiration, galvanic skin response). The results of the experiments with the control and diagnostic groups obtained during the analysis indicate the need for changes in the organization of the experimental research technique implementing the method of forming individual maps of cognitive psychological spaces. An original technique was developed and the first data were obtained in the study of the mechanisms of neural network incorporation in maintaining the baseline level of consciousness in awakening comparimg to sleep as one of the possible markers of the development of the disease. In healthy subjects, at the time of awakening, extensive diffuse cortical activity that is characteristic to sleep is suppressed, and basal structures (thalamus, pons, cerebellar regions, and also some local areas of the cortex, such as 100the cuneus) are activated. In general, this is consistent with the available data on the importance of thalamus nuclei at the time of awakening (more frequent activation of the right thalamus at the time of awakening than the left). For the first time, data were obtained on the difference in the architecture of effective connections in the activity of the extended default neural network (DMN, including both hippocampus and amygdala) between patients with schizophrenia and the norm based on fMRI data of the resting state. The accuracy of the Bayesian classifier forecast based on the selected discriminating groups of effective connections was 65%, which is significantly different from the random choice. This work was partially supported by a grant from the NRC "Kurchatov Institute" (MR-compatible polygraphy, order No. 1649 of July 11, 2018), grant OFI-m 17-29-02518 (cognitive-effective structures of the brain).
 

Search