Коли мозок робить занадто багато мозку; Психо
“Але де я припаркував свою машину? Чому у мене вранці запаморочиться? Мій мозок не прокинувся! Довгий час вважалося, що когнітивні порушення та багато психічних захворювань зумовлені недостатньою мозковою активністю. Насправді все навпаки: відсутність гальмування, отже, переповнення нейронального збудження, лежить в основі порушень.
Ви коли-небудь стикалися з подібною ситуацією? Хтось підходить до вас і вітає вас по-дружньому, але ви не уявляєте, хто це; або ж ви намагаєтесь зосередитись на тому, що пишете, але ваші думки постійно пливуть до наступного пункту відпочинку ... Як ви пояснюєте ці випадкові помилки, відключення світла чи відволікання уваги? Можливо, ваш мозок не зовсім прокинувся, або ваші сірі клітини не працюють з повною швидкістю вранці ... Пов’язувати відсутність розумової працездатності з недостатньою мозковою активністю здається природним, але вводить в оману. Занадто велика активність може мати ті самі наслідки.
Самі неврологи давно вважають, що відсутність активності в певних областях мозку спричиняє когнітивні порушення, такі як неуважність або втрата пам'яті. Тому для лікування цих проблем було б необхідно стимулювати мозок до відновлення цих функцій.
Незамінне гальмування мозку
Однак останні наукові дослідження, проведені у пацієнтів, які страждають на неврологічні або психіатричні захворювання, доводять, що часто трапляється навпаки: механізми нейронного гальмування - які зменшують або блокують активність нейронів - вже не працюють належним чином. Особливо в таких регіонах, як префронтальна кора головного мозку, яка бере участь у плануванні, міркуванні та процесах уваги, а також гіпокамп, особливо відповідальний за процеси запам’ятовування. Менш загальмовані, нейрони цих мереж розряджаються надмірно і неконтрольовано.
Візьмемо крайній випадок епілептичного нападу. Раптом в одній області мозку багато нейронів одночасно «перезбуджуються». З інколи різкими наслідками: м’язові судоми, спазми, судоми, навіть втрата свідомості. Протиепілептичні препарати діють двома шляхами, або шляхом посилення гальмівних зв’язків між нервовими клітинами, щоб запобігти подальшому розповсюдженню нервових імпульсів, або пом’якшуючи збудження нейронів, блокуючи іонні канали в клітинній мембрані.
Цей приклад демонструє те, що сьогодні знають неврологи: нормальна робота мозку спирається на тонко регульовану взаємодію збудливих та гальмівних сигналів, які циркулюють через нейронні мережі. Нервові клітини взаємодіють між собою, виділяючи сигнальні молекули, звані нейромедіаторами, які приєднуються до рецепторів інших нервових клітин. У цільовому нейроні це зв’язування змушує мембранні канали відкриватися або закриватися, через які протікають іони, так що електричні струми та напруга нейрональної мембрани збільшуються або зменшуються. Тоді може виникати або не виникати те, що ми називаємо потенціалами дії (різниця в електричному потенціалі мембрани), які, в свою чергу, викликають хвилю збудження вздовж розширень нейрона; якщо збудження досить інтенсивне, це викликає секрецію нейромедіаторів, які, таким чином, збуджують або гальмують інші нервові клітини.
ГАМК, нейронне гальмо
Домінуючий інгібуючий сигнал у мозку залежить від нейромедіатора: гамма-аміномасляної кислоти або ГАМК. Зв’язуючись зі своїми нейрональними рецепторами, ця молекула зменшує мембранний потенціал, так що потенціалам дії стає важче з’являтися. Тоді цільовий нейрон менш збуджений, тобто загальмований .
Пригнічення нейронів не тільки запобігає епілептичним припадкам, але також відіграє ключову роль у нормальній роботі всього мозку. Наприклад, він модулює реакції нейронів, щоб вони не розряджались ні в якому разі і в будь-який час, а також правильно реагували на сприйняті ними подразники. Крім того, клітини-інгібітори (які секретують ГАМК) координують діяльність великих мереж нейронів, іноді дуже віддалених один від одного. Це дозволяє, зокрема, згрупувати різні ділянки мозку, щоб вони синхронно та координовано співпрацювали над конкретним завданням.
Що відбувається, коли це нервове гальмо не працює належним чином? Згідно з різними експериментами на тваринах, а також дослідженнями на мозку померлих людей, його невдачі, здається, беруть участь у багатьох психіатричних та неврологічних захворюваннях, таких як шизофренія та хвороба Альцгеймера, а також у пов'язаному з цим зниженні когнітивних здібностей. вік.
Занадто велике хвилювання було б фатальним для нейронів: коли нейрони в мишачому гіпокампі тривалий час перезбуджуються, вони в кінцевому підсумку вмирають, і гіпокамп починає зменшуватися
Так і в мозку людини посмертно, Дослідники виявили, серед іншого, менш функціональні гальмівні нейрони в префронтальній корі та гіпокампі. Префронтальна кора, розташована в передній частині мозку, бере участь у координації складних когнітивних функцій і дає можливість, зокрема, зосередитись, наприклад, на книзі, фільмі чи розмові. Що стосується гіпокампу, розташованого в скроневій частці, то він є важливим центром пам'яті; нам важливо пам’ятати певні події та місця у нашому житті, чи то те, що ми робили в останній ювілей, чи де ми припаркували свою машину сьогодні вранці ...
Занадто багато хвилювання було б фатальним для нейронів !
У 1992 році Пітер Ліддл, психіатр з Ноттінгемського університету, та його колеги виявили, що шизофренія пов'язана з мозковою діяльністю ... занадто інтенсивною. Використовуючи позитронно-емісійну томографію, техніку, яка виявляє ділянки мозку, де спостерігається посилений метаболізм, дослідники вимірювали мозкову активність тридцяти пацієнтів із шизофренією: їх скронева частка, зокрема їхній гіпокамп, були тим активнішими, чим страждали суб'єкти. втрата контакту з реальністю. З тих пір результат підтверджувався багато разів.
З початку XXI століття численні дослідження, в тому числі дослідження невролога Рейзи Сперлінг та її команди з Гарвардського університету в Кембриджі, показали, що пацієнти з хворобою Альцгеймера або зниженням когнітивних функцій також мають гіперактивний гіпокамп. Занадто велике хвилювання було б фатальним для нейронів, факт підтверджений у 2013 році Скоттом Шобелем з Колумбійського університету в Нью-Йорку та його колегами: коли нейрони мишачого гіпокампу тривалий час перезбуджуються, вони врешті гинуть, а гіпокампу починає стискатися.
Як нейрони пригнічують один одного. У нервовій системі існують гальмівні та збудливі нейрони, які відповідно секретують нейромедіатори, які зменшують або збільшують мембранний потенціал клітини-мішені. Таким чином, останній активується більш-менш легко (і випромінює чи не потенціали дії), залежно від гальмівних та збудливих сигналів, які він отримує. Багато нейронів, таким чином, зв’язані між собою і утворюють мережі. Ми говоримо про селективне гальмування (вгору) коли гальмівний нейрон стикується з пресинаптичним кінцем аксона (продовженням, де виникають потенціали дії) збудженого нейрона. У цьому випадку інгібується лише одна клітина-мішень. І ми говоримо про глобальне гальмування (внизу) коли нейрон отримує як гальмівні, так і збудливі сигнали, а накопичення не дозволяє появі потенціалів дії. У цьому випадку жоден з нейронів-мішеней не активується.
Багато дослідників спочатку припускали, що гіперактивність цих регіонів, префронтальної кори та гіпокампа, є способом компенсації зниження їхніх когнітивних та психічних функцій. Це було не так просто ... Інші дослідження швидко показали, що розлади уваги та пам'яті також відповідають неконтрольованій електричній активності. Ідея полягає в тому, що ми можемо зосередитись на чомусь лише тоді, коли певні нейрони у нашій лобовій корі реагують виключно на певні подразники, а не на інші. Вам потрібно відфільтрувати інформацію, щоб зрозуміти її. Те саме стосується явищ, пов’язаних із пам’яттю: не потрібно тримати все в пам’яті, а лише те, що має значення відповідно до ситуацій, що переживаються. Ця вибірковість можлива лише в тому випадку, якщо гіпокамп збалансовано реагує на зовнішні подразники; якщо механізми гальмування нейронів перестають функціонувати належним чином, нейрони гіпокампа активуються навіть для незначних подразників. Уявіть, що під час важливого заняття в університеті ви були так само уважні до мухи, що летіла в кутку кімнати, як і до того, що сказав учитель. Ви мали б усі шанси провалити іспити.
Якщо потрібні докази, ось один: У 2014 році психіатр Джейсон Трегеллас та його команда з Університету Колорадо в Денвері дослідили пам’ять та увагу хворих на шизофренію і виявили, що чим більше їхня активність в гіпокампах була інтенсивною, тим менше випробовувані мали тести. Причинно-наслідковий зв’язок ще не було продемонстровано, і це ми зробили з моїми колегами з Університету Ноттінгема, Великобританія. Ми ввели в префронтальну кору або в гіпокамп щурів молекулу, яка блокує рецептори гальмівного нейромедіатора GABA. Потім ми імплантували тонкі електроди в уражену область для вимірювання активності нейронів. Потім ми спостерігали, що блокуюча молекула ефективно знешкоджувала нервові клітини. Нейрони випускали все більше і більше сплесків потенціалів дії. Однак ми знаємо, що такі сплески відіграють особливу роль у передачі нейронального сигналу, оскільки вони частіше викликають відповідь цільового нейрона, ніж ізольовані розряди.
Зосередитись - це зробити в мозку тишу
Далі йде дуже цікавий факт: Марі Пецце, у нашій команді, виявила, що зменшення інгібування префронтальної кори насправді порушує увагу щурів. Для цього вона розмістила їх обличчям до стіни, пронизаної п’ятьма отворами. Як тільки в одному з отворів на півсекунди загорілося світло, тварини мусили всунути в нього морди. А щоб вони відреагували правильно і швидко, за отворами поклали шматочок цукру. Однак щури з префронтальною корою, неінгібованою блокуючою молекулою (ефект якої, нагадаємо, полягає у підвищенні рівня загального збудження префронтальної кори та гіпокампу), зробив набагато більше помилок, ніж щури, які не отримували лікування. Або вони пропустили спалах, або вони прямували до неправильного отвору.
Отже, надлишок активності префронтальної кори або гіпокампу погіршує запам’ятовування та концентрацію уваги. Але ми не повинні вірити, що досить знизити активність цих областей мозку, щоб їх потенціал був оптимальним: якщо ці області недостатньо активні, все також руйнується. Таким чином, сильне гальмування префронтальної кори або пошкодження цієї області викликає подібні порушення уваги. Для нормальної роботи мозку ключовим є проміжний рівень активації та гальмування.
Ланцюгова реакція в мозку. Багато психічних захворювань пов'язані з неадекватним нейронним гальмуванням префронтальної кори та гіпокампа, які потім "перезбуджуються". Сюди входять шизофренія, хвороба Альцгеймера, аутичні розлади, депресія та біполярні розлади. Ці дві області мозку пов’язані між собою, але також і з багатьма іншими областями мозку, які, як наслідок, також надмірно стимулюються і, можливо, функціонують неправильно. Що пояснювало б деякі симптоми цих захворювань.
Це проливає світло на те, як працює наша пам’ять. Уявіть, що ви повинні впізнати певне місце. Якщо, проїжджаючи незнайоме місто, ви опинитесь на станції, до якої прибули дві години раніше, певні нейрони у вашому гіпокампі, які називаються клітинами місць, активуються, опинившись поза станцією. Взагалі кажучи, кожна з клітин локусу у вашому гіпокампі активна, коли ви займаєте певне положення в просторі, і всі ці клітини локусу, таким чином, формують нейронну карту зовнішнього світу. Але тоді ви можете добре зрозуміти, що якщо різні клітини місцями неконтрольовано запалюються - наприклад, оскільки механізми гальмування нейронів порушені - ви вже не можете знати, де ви перебуваєте.
Стефані Макгарріті з нашої команди продемонструвала це явище на щурах у 2017 році. Вона розмістила гризунів у тазику, наповненому водою, в якому їм доводилося плавати у пошуках платформи, де вони могли б закріпитися на опорі, яка була трохи захована під поверхнею води. Щури могли запам'ятати місце розташування платформи, розташувавшись за візуальними символами, виставленими на стінах ставка. Тому після кожної першої спроби на початку дня щурам доводилося пам’ятати місце материка при наступних спробах. Начебто ми повинні пам’ятати, де ми припаркували свою машину щоранку, щоб швидко знайти її ввечері після робочого дня.
Як результат, тваринам, у яких гіпокампу не було пригнічено блокаторами рецепторів ГАМК, було важко знайти нові місця розташування платформи під час наступних випробувань дня. Як і щури, гіпокамп яких був знищений введенням токсину.
Пам'ять, увага, розумова гнучкість
Ми зробили ще одне чудове спостереження: тварини, у яких гіпокамп був непригнічений, також виявляли порушення уваги до стінки з п'ятьма пастками. І це, навіть якщо гіпокамп безпосередньо не сприяє пов'язаній з цим когнітивній функції. Дійсно, ураження гіпокампу, як правило, не впливають на результати різних тварин у цьому тесті або інших подібних видів. Але цілком ймовірно, що надмірно активний гіпокампу перешкоджає діяльності префронтальної кори, поки контролює увагу, оскільки ці дві області тісно пов'язані між собою в мозку.
Надмірно активні префронтальні нейрони можуть так само погіршити інші когнітивні навички, як виявили поведінковий невролог Стен Флореско та його команда з Університету Британської Колумбії у Ванкувері. Зокрема, до робочої пам’яті, яка дозволяє нам короткочасно пам’ятати кілька відомостей, необхідних для виконання завдання в режимі реального часу (наприклад, запам'ятовування десяти цифр телефонного номера, час його складання) . Це також стосується розумової гнучкості, важливої здатності адаптувати свою поведінку до нової ситуації - наприклад, коли французові доводиться їздити ліворуч на дорозі, у Великобританії. Флореско та його колеги також показали, що дезінгібація префронтальної кори негативно впливає на просторову пам'ять.
Ліки, що застосовуються проти епілепсії, які інгібують перезбуджені нейрони, були б цікавим способом лікування
Отже, все це приводить нас до неминучого питання: як боротися із надлишком активності, а точніше з дефектом нейронного гальмування? Тому що не будемо забувати, що часто тут пов’язані психічні розлади. З цієї точки зору, ліки, що застосовуються проти епілепсії, представляють цікавий шлях, оскільки вони, як правило, мало впливають на нормально активні нейрони, а навпаки, уповільнюють ті, що мають тенденцію до втечі.
Ліки від дезінгібіції ?
Щоб дослідити терапевтичний потенціал протиепілептиків, невролог Мікела Галлахер та його колеги з Університету Джона Хопкінса в Балтиморі ввели одне з цих сполук - леветирацетам, літнім щурам з порушенням пам’яті. Потім вони спостерігали зменшення активності нейронів у своєму гіпокампі та покращення можливостей пам’яті. Перші результати, отримані для кількох людей похилого віку, вказують в тому ж напрямку. Тому дослідники розпочали велике клінічне дослідження, щоб визначити, чи сповільнює цей антиепілептик зниження пам’яті у людей на ранніх стадіях хвороби Альцгеймера.
В очікуванні висновків цього дослідження, здається, формується ідея: в нашому мозку збудження та гальмування повинні врівноважувати один одного, щоб було можливим оптимальне когнітивне функціонування. Ці результати не підтримують сучасні методи “когнітивного посилення”, такі як певні препарати або транскраніальна магнітна стимуляція. Надмірна стимуляція мозку - це не завжди добре. Як часто в житті, мова йде про пошук правильного балансу.