20.09.2020

Совмещение активности нейронов и нейромедиаторов помогло уточнить эффект псилоцибина

Совмещение активности нейронов и нейромедиаторов помогло уточнить эффект псилоцибина

Британские исследователи совместили несколько методов нейровизуализации и создали модель взаимодействия нейронной активности с активностью нейромедиаторов в головном мозге. Чтобы продемонстрировать ее эффективность, они измерили активность мозга участников под действием псилоцибина: модель, которая учитывает расположение серотонинергических рецепторов 5-HT2A оказалась нагляднее той, в которой использовалась только визуализация активности, полученная с помощью фМРТ. Новый метод поможет, к примеру, уточнить терапевтический эффект использования психоделиков для лечения депрессии и других аффективных расстройств, пишут ученые в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Методы, которые сейчас используются для изучения активности головного мозга, опираются на самые разные аспекты его работы. Принцип работы функциональной МРТ, к примеру, основывается на том, что приток насыщенной кислородом крови к различным отделам мозга коррелирует с нейронной активностью в нем: благодаря взаимодействию молекул оксигемоглобина с магнитным полем сканера можно визуализировать активность с высоким пространственным разрешением. Электроэнцефалография (ЭЭГ), в свою очередь, позволяет отобразить электрическую активность мозга во время активации отдельных нейронных сетей, а позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — активность нейромедиаторов (для этого используются радиоактивные трейсеры, которые связываются с определенными рецепторами — например, серотониновыми). 

Выбор метода визуализации полностью зависит от методологии проводимого исследования и поставленных гипотез, поэтому ни один из них не может быть полностью универсальным. С другой стороны, какие-то из них можно объединить — и это позволит изучать мозг комплексно: на уровне анатомических структур, активности нейронных сетей и вовлеченных в их работу нейромедиаторов.

Сделать это решили ученые под руководством Мортена Крингельбаха (Morten Kringelbach) из Оксфордского университета. В своем методе нейровизуализации они объединили, с одной стороны, активность нейронов головного мозга в определенных отделах, а с другой — работу нейромедиаторов, которая эту активность определяет. Для этого они использовали данные, полученные тремя методами: диффузионную МРТ (дМРТ) для анатомической реконструкции трактов нейронных связей, фМРТ — для визуализации активности в них, а ПЭТ — для оценки концентрации нейромедиаторов.

Для разработки метода и демонстрации его эффективности ученые решили визуализировать активность мозга под действием псилоцибина — алкалоида, психоактивного вещества галлюциногенных грибов. На уровне нейромедиаторов его активность должна быть достаточно проста: псилоцибин действует на серотонергическую систему (в основном — на серотониновый рецептор 5-HT2A), а ее нейроны, проекции из которой идут вверх к лимбической системе, мозжечку и коре, находятся в ядрах шва в продолговатом мозгу. 

Задача, таким образом, сводится к тому, чтобы совместить данные активности отделов мозга, полученных с помощью фМРТ, с расположением рецепторов к 5-HT2A, которое можно определить с помощью ПЭТ: от плотности расположения рецепторов зависит руководимая серотонином электрическая активность. После этого совмещенные данные можно визуализировать на определенных нейронных трактах, изображение которых получено с помощью дМРТ.

Для визуализации трактов головного мозга ученые использовали дМРТ-данные, полученные от 16 человек, а для визуализации расположения 5-HT2A—рецепторов — данные ПЭТ, проведенной с участием 210 добровольцев. фМРТ-эксперимент проводили на отдельной группе людей: девятерым добровольцам вводили либо псилоцибин, либо физраствор в качестве плацебо, и смотрели на активность их мозга в состоянии покоя.

Полученную с помощью фМРТ активность мозга (а точнее — амплитуду BOLD-сигнала) кластеризовали с помощью метода k-средних: получилось три разных кластера активности (субсостояния), которые с определенной вероятностью появляются либо под действием псилоцибина, либо — плацебо (физраствора). Связь между полученными субсостояниями и активностью мозга в фМРТ-эксперименте оценили с помощью расстояния Кульбака — Лейблера, которое позволяет измерить удаленность друг от друга двух вероятностных событий. Субсостояния статистически значимо (p < 0,0001) коррелировали с локализацией активности в той или иной группе. При этом в том случае, если в вероятностную модель добавляли данные о рецепторах 5-HT2A, корреляция была выше (p < 0,000001). Интересно, что данные о плотности расположения и работе других серотонинергических рецепторов вероятностную модель не улучшали. 

Иными словами, эффективнее объяснить динамику активности головного мозга под действием псилоцибина (в сравнении с плацебо) удалось в том случае, когда данные об активности определенных участков мозга были совмещены с плотностью расположения (и, соответственно, активацией) ключевых для действия этого вещества рецепторов 5-HT2A. Помимо этого, считают ученые, подобная визуализация в будущем поможет уточнить терапевтический эффект псилоцибина, в особенности — оправданность его использования при лечении депрессии, в протекании которой серотонинергическая система играет ключевую роль.

Одним из объяснений терапевтического действия некоторых психоделиков может быть то, что под их действием нейроны быстрее отращивают дендриты и шипики, что помогает клеткам лучше передавать друг другу сигнал, а мозгу — восстанавливать атрофированные связи.

Поделиться ссылкой: