Сеть в состоянии покоя. Влияние на болезнь Альцгеймера, шизофрению и аутизм

Default Mode Network (DMN), или сеть пассивного режима работы мозга, можно определить как базовый уровень нейронной активности [1], который возникает, когда мысли человека не направлены на цель. Её обнаружили по степени изменения потребления кислорода в ряде областей мозга, которые активировались, когда люди думали «ни о чём конкретном» (это важно). Ещё один фактор, используемый для изучения этой сети, — синхронность (степень согласованности частот, генерируемых нейронами в результате их электрической активности). Для сравнения представьте, что старые радиоприёмники работают на одной волне (или на нескольких согласованных) и включаются одновременно, общаясь в масштабе всей системы.

В типичном эксперименте с DMN испытуемых просят закрыть глаза и ни о чём конкретном не думать, просто оставаться в бодрствующем состоянии. Затем с помощью МРТ (или других методов) получают изображения интересующих областей мозга. После этого испытуемых просят выполнить задачу, требующую целенаправленных мыслей и/или действий (исполнительной нагрузки).

Вот области, которые активируются в состоянии «покоя» (DMN):

На изображении видно, что помимо тёмно-синих областей есть более размытые линии, соединяющие их. Это тракты белого вещества, которые показывают, что сети мозга устроены как сети «малого мира»: распределённые центры, связанные в масштабе всего мозга. Эти сети развиваются по мере созревания; в первые годы жизни они не так связны [2]. Среди активирующихся областей:

—          Медиальная префронтальная кора — область, где расположены, в частности, поля Бродмана 9 и 10. Эти поля связывают с представлениями о нашей личности и социальным познанием.

—          Предклинье (вентральное), связанное с эпизодической памятью, сознанием и «я» (self), а также со зрительно-конструктивными навыками.

—          Нижняя теменная доля, связанная с речью, образом тела и распознаванием эмоций, а также с пространственными представлениями.

Если сопоставить активность мозга в обеих ситуациях (когда человек «ни о чём не думает» и когда мысли направлены на цель/решение задачи), получается изображение, похожее на верхнее. Синие области соответствуют областям, которые активируются, когда человек выполняет задачу (рабочая сеть). Оранжевые области — это DMN. Интересно, что успешность выполнения исполнительной задачи коррелирует с правильной активацией рабочей сети («синей») и правильным ослаблением (но не полным отключением) DMN («оранжевой»). Перед нами пример столь востребованной в нейропсихологии «двойной диссоциации»?

Не думать ни о чём конкретном?

На самом деле, когда исследователь просит какое-то время ни о чём конкретном не думать, мы всё равно что-то делаем. Прежде всего мы не теряем осознания себя. Как правило, испытуемые в этом экспериментальном условии сообщали, что думали о себе («я», личность), о делах, которые нужно сделать (проспективная память), или о произошедших с ними событиях (эпизодическая память). И даже об абстрактных понятиях (семантических понятиях), связанных или не связанных между собой.

Как связана DMN с болезнью Альцгеймера?

Болезнь Альцгеймера — это синдром нейронного разобщения. Это разобщение затрагивает сети малого мира и их связь в масштабе мозга. В случае DMN целостность сети страдает из-за поражения задней поясной коры и, следовательно, связности между медиальной лобной областью и нижней теменной долей. Следствие — неправильная активация DMN, а также появление более «длинных», а значит, менее эффективных сетей (в зависимости от метода изучения). Спорнс [3] отмечает, что предклинье к тому же особенно уязвимо к отложению амилоидного белка. Нарушение целостности DMN — биомаркер болезни Альцгеймера.

Когнитивное следствие этого — неспособность объединять когнитивные содержания, описанные в предыдущем разделе: целенаправленный поиск в памяти, утрата пространственных схем — как телесных, так и нетелесных, — утрата абстрактных понятий, утрата личности. Всё это происходит постепенно.

Как связана DMN с шизофренией?

Шизофрению можно рассматривать как синдром разобщения, дезинтеграции и десинхронизации. Это видно по лобно-височным связям из-за структурных дефицитов, а также нарушений связности белого вещества в масштабе мозга и в сетях малого мира. «Материализация» этого видна в разных когнитивных аспектах — не только в рабочей памяти, но и в разобщении речи (мутизм, вторжение навязчивых мыслей во время выполнения задачи, эхолалия, разорванная речь и т. д.), личности, сознания, мышления или схемы тела.

При шизофрении также нарушается эффективность сетей мозга в целом. Каково влияние на DMN? Оно двоякое: возникает дефицит торможения DMN, а при неправильном подавлении DMN рабочая сеть работает неправильно [4]. Отсюда могут возникать, например, типичные для некоторых людей с шизофренией вторжения посторонних мыслей во время выполнения повседневных дел.

Как связана DMN с аутизмом?

При аутизме, в общих чертах, тоже происходит неправильное подавление DMN, а также в целом низкая активность этой сети и слабые процессы самоотнесения. Кроме того, в отличие от предыдущих синдромов, может наблюдаться противоположный профиль, при котором сети малого мира избыточно связаны, что приводит к недифференцированности крупномасштабных сетей. Это вызывает утрату интеграции процессов, в которых они участвуют.

Подробнее:

• Raichle, M. E., MacLeod, A. M., Snyder, A. Z., Powers, W. J., Gusnard, D. A., & Shulman, G. L. (2001). A default mode of brain function. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(2), 676–682. doi:10.1073/pnas.98.2.676

• Fair, D. A., Cohen, A. L., Dosenbach, N. U. F., Church, J. A., Miezin, F. M., Barch, D. M., Raichle, M. E., et al. (2008). The maturing architecture of the brain’s default network. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(10), 4028–4032. doi:10.1073/pnas.0800376105

• Sporns, O. (2011) Networks of the Brain. Ed. MIT

• Whitfield-Gabrieli, S., Thermenos, H. W., Milanovic, S., Tsuang, M. T., Faraone, S. V., McCarley, R. W., Shenton, M. E., et al. (2009). Hyperactivity and hyperconnectivity of the default network in schizophrenia and in first-degree relatives of persons with schizophrenia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(4), 1279–1284. doi:10.1073/pnas.0809141106