Научные Достижения

Научные достижения Института Мозга Человека им. Н.П. Бехтеревой.

 

• • Реорганизация мозговой системы неселективного тормозного контроля при обсессивно-компульсивном расстройстве: байесовский анализ данных функциональной МРТ

    Обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) – заболевание, проявляющееся навязчивыми мыслями и действиями, является одним из социально значимых и тяжело поддающихся лечению психических расстрой личности, патофизиологические основы которого до сих пор остаются мало понятными. Для изучения патофизиологических механизмов ОКР проведено исследование организации мозговых систем обеспечения целенаправленного поведения по управлению действиями, с использованием разработанного нами статистического подхода байесовской статистики к анализу данных функциональной МРТ [1,2], которое позволило выявить новые звенья патогенеза ОКР. Впервые показано, что при ОКР наблюдается расширение звеньевого состава мозговой системы неселективного торможения – по сравнению с нормой дополнительно вовлекаются зоны мозга в правой нижней лобной извилине и передней поясной коре. При этом метаболическая активность в передней поясной коре, которая является одной из мишеней хирургической коррекции устойчивых к лечению форм ОКР, снижена по сравнению с нормой. Полученные новые данные о патогенезе ОКР могут быть использованы для разработки новых диагностических маркеров для диагностики и мониторинга лечения заболевания.

    

    Рис. Мозговая система неселективного тормозного контроля

    Исполнители: Машарипов Р.С., Коротков А.Д., Князева И.С., Киреев М.В.

    Результаты опубликованы (WOS, IF 4.64). Ruslan Masharipov, Alexander Korotkov, Irina Knyazeva, Denis Cherednichenko and Maxim Kireev. Impaired non-selective response inhibition in obsessive-compulsive disorder. Int. J. Environ. Res. Public Health

  • Изучение индивидуальной вариабельности дентато-рубро-таламического тракта по данным вероятностной МРТ-трактографии головного мозга и ее значения при подготовке стереотаксических операций.

    Используя МРТ-трактографию перекрещивающихся дентато-рубро-таламических трактов у пациентов с болезнью Паркинсона и спастической кривошеей, установлены характеристики индивидуальной вариабельности данных трактов по отношению к стереотаксической системе координат и стандартным внутримозговым целевым точкам, используемым при лечении тремора методом стереотаксических операций на головном мозге. Установлено, что для целевой точки Vim тракты располагаются в 2-миллиметровой зоне лечебного воздействия в 51,5% случаев, а для целевой точки CTT тракты располагаются в зоне воздействия в 35,3% случаев. Предложена модифицированная целевая точка CTT, для которой тракты располагаются в пределах зоны воздействия в 61,8% случаев. Установлено также, что на МРТ головного мозга в режиме FGATIR в задней субталамической области имеется гипоинтенсивная зона, расположение которой совпадает с прохождением дентато-рубро-таламического тракта в 86,4% случаев. При исследовании разработан новый протокол вероятностной трактографии, максимально точно обеспечивающий визуализацию трактов. Полученные данные позволят более точно планировать стереотаксическое лечение у пациентов с тремором.

    

    Рис. Вариабельность трактов по отношению к Vim. Окружность обозначает 2 мм границу стереотаксического воздействия. Стандартная точка обозначена красным, предложенная нами – оранжевым цветом.

    Исполнители: Холявин А.И., Песков В.А.

  • Потенциальный нейрометаболический маркер лекарственного паркинсонизма на основе параметров энергетического метаболизма мозга человека по данным позитронно-эмиссионной томографии

    Лекарственный паркинсонизм является одним из распространённых побочных действий фармакологического лечения психических расстройств, в том числе психозов, которое может существенно затруднять лечение, снижая его эффективность. Однако, диагностические и прогностические критерии лекарственного паркинсонизма на сегодняшний день не разработаны, что во многом связано с недостаточным знанием о его патогенетических механизмах. Для преодоления данного ограничения, было проведено исследование по изучению энергетического метаболизма мозга человека с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), в котором были получены новые данные. Использование ковариационных статистических подходов к оценке изменений метаболизма глюкозы в мозге при лечении нейролептиками сопровождающемся и не сопровождающемся паркинсонической симптоматикой позволило определить, что экспрессия ПЭТ-паттерна, характерного для идиопатической болезни Паркинсона может быть использована как нейромаркер лекарственного паркинсонизма. Полученный результат открывает новые возможности для ПЭТ-диагностики и прогноза развития лекарственного паркинсонизма.

    

    Рис. Топография ПЭТ паттерна изменений метаболизма глюкозы, характерных для идиопатической болезни Паркинсона экспрессия которого также является потенциальным нейромаркером лекарственного паркинсонизма Обозначения: синий цвет – снижение метаболизма глюкозы, красный – повышение метаболизма глюкозы

    Исполнители: Котомин И.А., Коротков А.Д., Киреев М.В.

    Результаты опубликованы в журнале Diagnostics (WOS, IF 4.64). Ivan Kotomin, Alexander Korotkov, Mikhail Didur, Denis Cherednichenko and Maxim Kireev. Parkinson disease related brain metabolic pattern is expressed in schizophrenia patients during neuroleptic drug induced parkinsonism. Diagnostics 2023 Jan; 13(1): 74, 10.3390/diagnostics13010074.

• • Новые свойства структурно-функциональной организации мозга человека, обеспечивающие успешность социального взаимодействия.

    Социальные взаимодействия тесно связаны со способностью человека формировать представления о содержании мыслей, намерений, мотивов, ожиданий и эмоций других людей. Интегральной характеристикой успешности социальных взаимодействий является социальный интеллект. При изучении механизмов обеспечения социальных взаимодействий впервые было установлено, что при высоком социальном интеллекте (относительно низкого) наблюдается повышение объема передних подкорковых структур – хвостатых ядер. Кроме того, впервые установлено, что в покое, более высокий уровень социального интеллекта сопровождается усилением функциональной связности между хвостатыми ядрами и областями теменной коры – ключевыми структурами мозговой системы, обеспечивающей понимание намерений оппонента (т.н. системы theory of mind (TOM)). Выявленные новые свойства структурной и функциональной организации мозга человека, отражающие успешность социального взаимодействия как характеристику личности, позволяют лучше понять морфо-функциональные основы мозгового обеспечения социального поведения.

    

    Результаты исследования представлены в следующих статьях:

    1. Myznikov A., Zheltyakova M., Korotkov A., Kireev M., Masharipov R., Jagmurov O.D., Votinov M., Habel U. Neuroanatomical correlates of social intelligence measured by the guilford test. Brain Topography. 2021. Т. 34. № 3. С. 337-347. (IF= 3.020).

    2. Votinov M, Myznikov A, Zheltyakova M, Masharipov R, Korotkov A, Cherednichenko D, Habel U and Kireev M. The interaction between caudate nucleus and regions within the theory of mind network as a neural basis for social intelligence. Front. Neural Circuits. 2021. 15:727960. doi: 10.3389/fncir.2021.727960 (IF= 3.492)

  • Обнаружена компонента вызванных потенциалов мозга, кодирующая связь между стимулом и реакцией

    Человек легко усваивает инструкции, например, как сварить кофе в новой кофеварке. Психологические исследования показывают, что при этом в мозгу формируется нейронная модель теста, включающая в качестве элементов связи между симулом (С) и реакцией (Р). Где находятся нейроны, кодирующие эти связи, и как во времени разворачивается их активация, до настоящего времени не было известно. Мы разработали специальный психологический тест, позволяющий менять силу С-Р связи. Во время выполнения тестов 170 испытуемыми регистрировалсь 31-канальная ЭЭГ. Далее потенциалы преобразовывались в источники тока путем преобразования Лапласа, вычислялись потенциалы, связанные с событиями (ПСС), и использовался новый метод слепого разделения источников, разрабатываемый в нашей лаборатории. В результате, была обнаружен компонента ПСС, тесно коррелировавшая с силой С-Р связи. Этот компонент локализован в верхней теменной коре и генериуется в интервале 300-500 мс после стимула. Оказалось, что он возникает также и в пассивной конструкции, что указывает на автоматический характер его генерации. В активной конструкции, эта активация спровождается формированием планов предполагаемых ответов. Полученные данные важны для конструирования человек-компьютер интерфейсов, а также для диагностики некоторых неврологических и психических заболеваний.

    

    Разработка ПЭТ радиотрейсеров для нейровизуализации процессов, лежащих в основе нейродегенеративных заболеваний

     

    При изучении новых структурных аналогов природного соединения хонокиола (F-I, F-II, F-IV) в качестве потенциальных радиолигандов для визуализации процессов нейровоспаления было показано, что их противовоспалительные, нейропротективные и антиоксидантные свойства могут быть проявлением специфического связывания с ферментом циклооксигеназа-2 (СОХ-2), известным маркером нейровоспаления. ычисление методом возмущения свободной энергии (FEP) сродства F-I – F-IV к нескольким маркерам нейровоспаления (циклооксигеназа 1 и 2, канабиноидные рецепторы СВ-1 и СВ-2) показало, что изученные лиганды, за исключением F-III, обладают наибольшим сродством именно к СОХ-2. Расчеты были подтверждены иммуноферментным и нейроморфологическим анализом, а также результатами биораспределения радиолиганда [18F]F-IV в мозге крыс с моделью нейровоспаления, вызванного липополисахаридом (ЛПС).

    

    Preliminary Assessment of the Anti-inflammatory Activity of New Structural Honokiol Analogs with a 4’-O-(2-Fluoroethyl) Moiety and the Potential of Their 18F-Labeled Derivatives for Neuroinflammation Imaging. Daria D. Vaulina, Kira I. Stosman, Konstantin V. Sivak, Andrey G. Aleksandrov, Nikolai B. Viktorov, Nikolay N. Kuzmich, Mariia M. Kiseleva, Olga F. Kuznetsova, Natalia A. Gomzina, Molecules 2021, 26, 6630 (Q1 Scopus).

    1. Myznikov A., Zheltyakova M., Korotkov A., Kireev M., Masharipov R., Jagmurov O.D., Votinov M., Habel U. Neuroanatomical correlates of social intelligence measured by the guilford test. Brain Topography. 2021. Т. 34. № 3. С. 337-347. (IF= 3.020).

• • Новые компоненты биоэлектрической активности мозга, отражающие психологические операции контроля поведения

    Одной из проблем современных нейронаук является поиск объективных мозговых показателей, характеризующих процессы высшей нервной деятельности человека. Такие показатели открывают новые возможности не только для понимания функций мозга, но и служат основой для разработки функциональных нейромаркеров (диагностических показателей) психических расстройств. Поскольку электрический потенциал мозга представляют собой сумму скрытых компонент, генерируемых различными областями коры, имеющих различную временную динамику и связанных с различными психическими процессами, необходимы новые методы для выделения их скрытых источников. С этой целью в 2020 г. был разработан оригинальный подход, связанный с применением Байесовской вероятностной модели для параллельного факторного анализа групповых потенциалов, связанными с событиями. В результате были обнаружены новые компоненты вызванных потенциалов мозга человека, характеризующие мозговые процессы подготовки, реализации и подавления действий, в том числе процессы переключения между этими вариантами поведения (а, б, в – см. рис.) и процессы формирования следа памяти. Этот методический подход открывает новые возможности в оценке нейродинамики психологических операций, нарушение которых является значимым диагностическим критерием у больных, страдающих психическими заболеваниями.

    

  • Разработан новый подход к синтезу меченных фтором-18 радиофармпрепаратов для ПЭТ: использование химически инертных межфазных катализаторов позволило обеспечить высокую продуктивность синтеза при снижении расхода реагентов

    Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) является наиболее информативным методом ядерной медицины, применяемым в диагностике социально значимых онкологических и нейродегенеративных заболеваний. Возможности метода во многом определяются доступностью дорогостоящих радиофармпрепаратов (РФП) на основе короткоживущих ПЭТ радионуклидов. При разработке новых подходов к синтезу РФП на основе фтора-18 впервые предложено использование в реакции радиофторирования химически инертных межфазных катализаторов (солей тетрабутиламмония). При алифатическом фторировании эффективность предложенного подхода, обеспечивающего высокий радиохимический выход при снижении расхода реагентов в 3 - 10 раз, подтверждена в синтезе пяти РФП для визуализации гликолиза, пролиферации клеток, гипоксии, транспорта аминокислот и экспрессии эстрогенов, основных патологических процессов, характерных для опухолей. Для ароматических субстратов впервые в мировой практике показана возможность радиофторирования арилпинаколборонатов в спиртах, что позволило создать быструю и эффективную автоматизированную технологию синтеза 6-L-[18F]ФДОФА, уникального ПЭТ РФП для диагностики болезни Паркинсона, церебральных глиом и опухолей эндокринного генеза.

  • Раскрыт мозговой механизм неосознаваемого выбора значения многозначной информации

    Вопрос о том, как именно мозг человека обеспечивает выбор одного из значений многозначной информации для его осознания является одним из ключевых в изучении проблемы мозговой организации мыслительной деятельности. В частности, до недавнего времени оставалось неисследованным, что именно происходит с теми значениями, которые остаются невыбранными в процессе разрешения многозначности. Нейрофизиологическое исследование с использование функциональной МРТ впервые позволило сделать вывод о том, что невыбранные значения подавляются и в основе этого процесса лежит снижение активности структуры мозга, играющей важную роль в контроле содержимого сознания – гиппокампа. Полученные новые данные о функциональных связях гиппокампа с префронтальной корой мозга человека демонстрируют один из возможных механизмов поддержания мыслительной деятельности человека: за счет тормозного влияния префронтальной коры на активность нейронов гиппокампа, все значения кроме выбранного для осознания, подавляются. Полученный результат имеет важное значение для понимания механизмов работы мозга при неосознаваемом выборе значения многозначной информации.