Блокирование NMDA-рецепторов в таламусе нарушает восприятие реальности

Международный коллектив ученых с участием научного сотрудника НИУ ВШЭ в Перми Софьи Куликовой обнаружил, что блокатор NMDA-рецепторов кетамин повышает фоновый шум мозга, увеличивая энтропию поступающих сенсорных сигналов и затрудняя их передачу между таламусом и корой. Это может объяснить возникновение психозов при шизофрении.

Примерно один из 300 человек в мире страдает расстройствами шизофренического спектра. Наиболее характерным проявлением этих расстройств являются нарушения восприятия: галлюцинации, бред и психозы.

Состояние, похожее на психоз, у здорового человека можно вызвать приемом препарата под названием кетамин. Кетамин является блокатором NMDA-рецепторов, связанных с передачей возбуждающих сигналов в мозге. Дисбаланс возбуждения и торможения в нервной системе и влияет на адекватность восприятия.

Похожие изменения в работе NMDA-рецепторов сегодня считаются одной из причин нарушений восприятия при шизофрении. Однако до сих пор неясно, как именно это происходит на уровне отделов мозга.

Чтобы это выяснить, ученые из Франции, Австрии и России решили изучить, как мозг лабораторных крыс обрабатывает сенсорные сигналы под воздействием кетамина. В центре внимания исследователей были бета- и гамма-ритмы мозга, возникающие в ответ на сенсорные стимулы в таламо-кортикальной системе — сети нейронов, соединяющей кору мозга и таламус, ответственный за передачу сенсорной информации от органов чувств.

Бета-ритм — это волны мозговой активности в диапазоне от 15 до 30 Гц, а гамма-ритм — в диапазоне от 30 до 80 Гц. Считается, что именно эти ритмы имеют критическое значение для кодирования и интеграции сенсорной информации.

В эксперименте крысам установили микроэлектроды для записи электрической активности таламуса и соматосенсорной коры — участка, который отвечает за обработку поступающей от таламуса сенсорной информации. Исследователи стимулировали вибриссы крыс и записывали сигналы мозга в ответ на эту стимуляцию в двух состояниях — до и после введения кетамина.

Результаты сравнения данных в двух условиях показали, что кетамин увеличивает мощность бета- и гамма-колебаний в коре и в таламусе в состоянии покоя еще до предъявления стимула. В то же время амплитуда сигналов, вызванных стимулом (200–700 мс после стимуляции), была значительно ниже при применении кетамина в участках таламо-кортикальной системы.

В промежутке 200–700 мс после предъявления стимула происходят кодирование и интеграция входящего сенсорного сигнала. Снижение мощности вызванных сигналов в этом промежутке ассоциируется с нарушением восприятия.

Анализ также показал, что кетамин, блокируя активность NMDA-рецепторов, увеличил зашумленность в гамма-ритме в промежутке 200–700 мс после стимуляции в одном из ядер таламуса, а также в одном из слоев соматосенсорной коры. Предполагается, что увеличение шума также говорит о нарушенной способности нейронов обрабатывать сенсорные сигналы.

Полученные данные позволяют предположить, что возникновение психоза может быть спровоцировано увеличением фонового шума в активности нейронов таламо-кортикальной сети. Это происходит вследствие нарушения работы NMDA-рецепторов, а значит, из-за изменения баланса торможения и возбуждения в мозге. На фоне этого шума сенсорный сигнал становится менее определенным и выраженным. Кроме того, могут возникать спонтанные вспышки активности, связанные с искаженным восприятием реальности.

На вопросы «Ъ-Науки» ответила Софья Куликова, старший научный сотрудник Научно-учебной лаборатории междисциплинарных эмпирических исследований НИУ ВШЭ в Перми:

— Можно ли передозировкой препаратов случайно вызвать состояния, похожие на психические заболевания?

— Если речь идет об использовании психотропных препаратов, которые по своей природе напрямую воздействуют на психику, то это будет вполне закономерный эффект. Более того, научные и клинические исследования, в которых суммарно приняло участие уже более 700 человек, однозначно указывают на то, что даже однократное применение субанестетических доз такого препарата, как кетамин, может вызывать психоподобное состояние у здоровых добровольцев и усиливать клиническую симптоматику у психиатрических больных. Именно это свойство и позволяет использовать вещества, вроде кетамина, MK-801 или фенциклидин для моделирования острого психоза в доклинических исследованиях на животных.

— Расскажите подробнее о том, как могут быть использованы полученные данные в лечении психических заболеваний.

— Полученные результаты, с моей точки зрения, можно использовать нескольким способами. С одной стороны, выявленные электрофизиологические характеристики могут использоваться в доклиническом и клиническом тестировании новых антипсихотиков: если на доклиническом этапе новое вещество способно возвращать эти показатели в норму, то есть смысл его рассматривать дальше; а если нет — то дальнейшее тестирование уже не кажется осмысленным. С другой стороны, наблюдая за данными электрофизиологическими характеристиками у больных или их ближайших родственников, которые находятся в группе риска, можно было бы попытаться спрогнозировать ход заболевания. В любом случае дальнейшее исследование процессов восприятия в моделях острого психоза должно позволить нам лучше понять причину возникновения подобных патологических состояний, в том числе на индивидуальном уровне, что уже само по себе чрезвычайно важно, так как без понимания первопричины невозможно подобрать наиболее эффективный подход лечения.

— Как, на ваш взгляд, будет развиваться это направление исследований в будущем?

— Мне кажется, что это направление будет развиваться в сторону более персонализированных подходов к пониманию, диагностике и лечению психотических состояний. В одной из наших более ранних работ мы показали, что глубинная стимуляция таламуса у крыс имела эффекты в чем-то обратные к воздействию кетамина. Поэтому одним из направлений могло бы применения магнитной или электрической стимуляции головного мозга для лечения психотических состояний. Однако для того, чтобы это стало реальностью, необходимо гораздо более глубокое понимание электропатофизиологических процессов в состоянии психоза и весьма точные подходы к моделированию внешнего воздействия электрического и магнитного поля на головной мозг.

Использованы материалы статьи.