Новое исследование, финансируемое Департаментом по делам ветеранов (VA) и ВМФ, показывает, что ветераны и военнослужащие с историей связанных с боевыми действиями легких черепно-мозговых травм – по сравнению с контрольной группой – имеют гораздо более высокий уровень аномально быстрой мозговой активности. волны в области, которая играет ключевую роль в сознании.
Результаты были опубликованы в журнале Cerebral Cortex в мае 2019 года.
Используя процесс нейровизуализации, называемый МЭГ, исследователи пришли к выводу, что быстрые или высокочастотные гамма-волны были "заметно повышенный" в двух из четырех долей коры головного мозга: префронтальной и задней теменной долях. Эти две доли влияют на рассуждение, организацию, планирование, исполнение, внимание и решение проблем.
Доктор. Мингсюн Хуанг, физик из VA San Diego Healthcare System, руководил исследованием. Он написал серию работ по активности мозга в связи с легкой ЧМТ и посттравматическим стрессовым расстройством и является одним из ведущих исследователей VA, использующих МЭГ. Инструмент нейровизуализации может обнаруживать аномальные волны в определенных областях мозга.
МЭГ – это магнитоэнцефалография. Сканер МЭГ регистрирует магнитные поля, создаваемые электрическими токами в головном мозге.
Хуанг говорит, что аномально быстрые гамма-волны могут вызвать ухудшение когнитивных функций.
"Широко распространенный характер и масштабы повышенной гамма-активности у участников с легкой ЧМТ превзошли наши первоначальные ожидания," он говорит. "Мы ожидали более тонкого возвышения. Заметное повышение предполагает широко распространенное и выраженное повреждение нейронов центральной нервной системы, которые играют ключевую роль в схемах и деятельности мозга. Это открытие предлагает новый захватывающий инструмент для прямой оценки дисфункциональных нейронов у людей с легкой ЧМТ и может объяснить многие из их клинических симптомов и когнитивных нарушений."
Мозговые волны производятся массами нейронов, которые общаются друг с другом. Гамма-волны являются самыми быстрыми из мозговых волн и связаны с одновременной обработкой информации из разных областей мозга. Гамма-волны имеют размер от 30 до 80 герц, примерно 40 герц типичны для людей. Герц или Гц – метрическая единица измерения частоты, равная одному циклу в секунду.
Бета-волны доминируют в бодрствующем состоянии сознания, когда внимание направлено на когнитивные задачи. Альфа-волны присутствуют во время спокойного течения мыслей. Тета-волны чаще всего возникают во сне, когда человек спит. Наконец, дельта-волны – это медленные мозговые волны, которые генерируются во время глубокой медитации и сна без сновидений.
Хуанг также был удивлен, что активность мозговых волн была ниже у участников с легкой ЧМТ в вентромедиальной префронтальной коре головного мозга, которая играет центральную роль в патологии настроения и тревожных расстройствах. Эта область также имеет решающее значение для контроля активности миндалины, которая обрабатывает такие эмоции, как страх, беспокойство и агрессию.
"Вместо этого мы ожидали увидеть гиперактивность в вентромедиальной префронтальной коре головного мозга у людей с легкой ЧМТ," говорит Хуанг, который также является профессором отделения радиологии Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD). "Это указывает на то, что повреждение нейронов, передающих импульсы между другими нейронами, также может привести к снижению спонтанной активности мозговых волн. Это свидетельствует о серьезных повреждениях вентромедиальной префронтальной коры."
По словам Хуанга, это первое исследование, показывающее, что легкие травмы головы, связанные с боевыми действиями, могут привести к аномально высоким уровням гамма-волн у людей с хронической легкой ЧМТ. По его словам, снижение активности мозга в вентромедиальной префронтальной коре также является новым открытием.
Черепно-мозговая травма – характерная травма в результате конфликтов 11 сентября в Ираке и Афганистане. По оценкам Министерства обороны и Центра травм головного мозга ветеранов обороны и ветеранов, 22% боевых потерь из Ирака и Афганистана связаны с ЧМТ, большинство из которых имеют легкую степень тяжести. Легкая ЧМТ также называется сотрясением мозга.
Симптомы ЧМТ включают головные боли, раздражительность, нарушения сна, провалы в памяти, замедленное мышление и депрессию.
В последние годы Хуанг и другие исследователи МЭГ узнали, что мозг людей с легкой ЧМТ генерирует аномальные медленные волны. Его последнее исследование расширяет знания об аномалиях до быстрых гамма-волн у людей с легкой ЧМТ. МЭГ-визуализация – многообещающий маркер для обнаружения определенных областей мозга, пораженных легкой ЧМТ, с точностью 85%. Более традиционные инструменты визуализации, такие как компьютерная томография или структурная МРТ, имеют точность всего около 5% при обнаружении легкой ЧМТ.
"Это делает МЭГ хорошим методом функциональной визуализации не только для помощи в диагностике легкой ЧМТ, но и для оценки эффективности лечения легкой ЧМТ, например, лекарств," Хуанг говорит.
Однако исследования на основе МЭГ редки, скорее всего, потому, что в Соединенных Штатах доступно всего от 20 до 30 сканеров МЭГ. Помимо VA в Сан-Диего, медицинские центры VA в Миннеаполисе, Альбукерке, Бостоне, Сиэтле, Филадельфии и Сан-Франциско проводили исследования MEG.
Недавние исследования на животных показали, что повреждение нейронов, которые играют ключевую роль в цепях и активности мозга, приводит к аномальному увеличению быстрых мозговых волн. Таким образом, Хуанг и его команда считали, что, обнаруживая спонтанную гиперактивность в быстрых мозговых волнах, они могут оценить уровень повреждения мозговых цепей. Последнее может быть напрямую связано с когнитивным дефицитом, отмечает он.
В исследовании 25 участников были военнослужащими или ветеранами, воевавшими в Ираке или Афганистане. Все они перенесли как минимум одну ЧМТ легкой степени, которая привела к стойким постконтузионным симптомам в среднем в течение 20 месяцев. В контрольную группу вошли 35 человек с боевым опытом, но без заметных сотрясений мозга.
Все участники находились в состоянии покоя во время записи MEG, которая проводилась в UCSD. В то же время ученые приложили немало усилий, чтобы участники были начеку. По словам Хуанга, сонливость может снизить высокочастотную гамма-активность и, таким образом, снизить чувствительность измерений МЭГ.
Хуанг и его коллеги планируют расширить это исследование с группового сравнения до индивидуального подхода. Это потребует использования процедур МЭГ в состоянии покоя, чтобы исследовать, откуда исходят аномальные гамма-волны у каждого человека с легкой ЧМТ. По его словам, у человека с легкой ЧМТ аномальные волны могут исходить только от одной или двух долей коры головного мозга, а не от всех четырех.
"Для этого нам нужно изучить больше людей как в легкой ЧМТ, так и в здоровых контрольных группах," он говорит.
По его словам, результаты его последнего исследования могут быть использованы для помощи в методах стимуляции мозга в качестве терапии легкой ЧМТ, таких как транскраниальная электрическая стимуляция (TES) и транскраниальная магнитная стимуляция (TMS). Результаты исследования показывают, что эффективными мишенями для лечения TES и TMS, вероятно, будут префронтальная кора и задняя теменная кора.
Хуанг и его команда в настоящее время работают с двумя компаниями TES, чтобы получить одобрение их инструментов для стимуляции мозга в U.S. Управление по контролю за продуктами и лекарствами.
Доктор. Дэвид Цифу – главный исследователь Консорциума хронических эффектов нейротравмы, совместного проекта VA и Министерства обороны, который исследует влияние боевых взрывов на человеческий мозг. Он считает, что выводы Хуанга следует дополнительно изучить в течение длительного периода с большим количеством участников.
"Доктор. Хуанг и его исследовательская группа не раз выявляли причины стойких симптомов сотрясений мозга, вызванных боевыми действиями," Цифу говорит. "Их последнее исследование проливает свет на еще одну потенциальную причину повышенной гамма-активности в состоянии покоя. Хотя необходимо более полно оценить несколько факторов как в контрольной группе, так и в группе с сотрясением мозга, например, сотрясения мозга в течение всей жизни, употребление психоактивных веществ или алкоголя, а также психическое заболевание, это важное наблюдение, которое следует оценивать в большой продольной когорте с использованием более строгий подход. Это включает в себя ослепление анализаторов МЭГ на истории участников и повторение процедуры МЭГ не менее двух раз с интервалом от трех до шести месяцев. Я с нетерпением жду результатов этой работы."