Краткое содержание: В новом исследовании использовалась специализированная позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) для измерения синаптических связей в коре головного мозга. Оценивая одну из крупнейших на сегодняшний день клинических групп, исследовательская группа выявила заметное, широко распространенное снижение синаптической плотности, соответствующее молекулярной структуре мозга, что позволяет определить четкую структурную отправную точку прогрессирования заболевания шизофренией.
Ключевые факты:
- Прямая количественная оценка синапсов: Отказавшись от стандартного анатомического картирования тканей и используя высокоспециализированную синаптическую ПЭТ-визуализацию, исследователи напрямую измерили плотность синаптических связей в нейронных цепях у исследуемой клинической группы людей.
- Широкая синаптическая структурная потеря: У лиц с диагнозом шизофрения наблюдалось выраженное системное снижение синаптических связей. Эта потеря была выявлена в критически важных когнитивных и эмоциональных центрах, включая лобную кору, височные области и центры памяти.
- Уязвимость левого полушария: Разрушение синаптической плотности происходит неравномерно по площади мозга. Данные показали, что левое полушарие было значительно более деградировано и подвержено потере синапсов, чем правое полушарие.
- Несоответствие данных между методами ПЭТ и МРТ: Специфический паттерн синаптической деградации, зафиксированный с помощью ПЭТ-сканирования, не совпадал с широкими изменениями объема тканей, обычно наблюдаемыми на стандартных МРТ-сканах. Это указывает на то, что потеря синапсов и уменьшение объема мозговой ткани — это два отдельных, независимых биологических процесса, а не две версии одного и того же процесса повреждения.
- Схема нейротрансмиттеров: Наиболее выраженное снижение синаптической активности наблюдалось в зонах мозга, естественно богатых рецепторами для трех основных химических передатчиков: серотонина, глутамата и ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты). Это говорит о том, что лежащая в основе молекулярная сигнатура области определяет ее уязвимость к повреждениям, связанным с шизофренией.
- Определение эпицентра: Используя сетевые компьютерные модели для отслеживания распространения потери синапсов по структурным магистралям мозга, исследователи определили конкретную отправную точку: локализованная область в левой фронтальной лобной доле оказалась основной точкой происхождения, откуда деградация связей распространяется на соседние взаимосвязанные цепи.
Источник: Ратгерский университет Нью-Брансуик (41 Mine St, New Brunswick, NJ 08901, United States)
Исследование научной группы из Ратгерского университета проливает новый свет на биологическые основы и механизмы развития шизофрении, напрямую измеряя синаптические связи в коре головного мозга с помощью специализированной позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Psychiatry, было проведено под руководством ведущей научной группы под руководством Аврама Холмса (Avram Holmes), доцента кафедры психиатрии Медицинской школы Роберта Вуд Джонсона и основного научного сотрудника Центра передовых исследований в области визуализации человеческого мозга в Институте здоровья мозга Ратгерского университета, и Раджива Радхакришнана (Rajiv Radhakrishnan), доцента кафедры психиатрии, радиологии и биомедицинской визуализации Йельского университета. Один из консультантов, Сидхант Чопра, ранее работавший постдокторантом в лаборатории Холмса, является научным сотрудником программы Маккензи в Orygen, австралийском Центре передового опыта в области психического здоровья молодежи, и Мельбурнском университете в Австралии.
Синапсы — это небольшие точки соединения между клетками головного мозга, обеспечивающие связь между нейронными цепями. Считается, что нарушения этих связей приводит к когнитивным и эмоциональным симптомам шизофрении, однако детальные закономерности потери синапсов в коре головного мозга остаются плохо изученными, поскольку традиционные методы сканирования мозга, такие как магнитно-резонансная томография, не позволяют точно измерить синапсы.
В исследовании приняли участие 122 человека, в том числе 29 человек с диагнозом шизофрения; это одно из крупнейших на сегодняшний день исследований плотности синапсов с помощью ПЭТ-сканирования. Исследователи обнаружили, что по сравнению со здоровыми людьми, у людей больных шизофренией наблюдалось ярко выраженное, широко распространенное снижение синаптических связей в различных областях мозга, включая лобную долю, височную долю, область памяти и эмоциональную область. Левая сторона мозга была поражена значительно сильнее, чем правая.
Этот паттерн потери синапсов отличался от изменений объема мозга, обычно выявляемых стандартными МРТ-сканированиями, что предполагает, что это два отдельных биологических процесса, а не одна и та же проблема, измеренная двумя разными способами.
Исследователи также обнаружили, что области мозга с наибольшей потерей синапсов — это те, которые обычно богаты рецепторами для ключевых нейромедиаторов, включая серотонин, гамма-аминомасляную кислоту и глутамат. Это говорит о том, что молекулярный профиль мозга делает определенные области более уязвимыми к повреждениям при шизофрении.
Используя компьютерное моделирование распространения синаптической потери по структурной сети мозга, исследователи определили область в левой лобной доле как вероятную отправную точку, откуда синаптическая потеря может распространяться на связанные области мозга.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что при шизофрении потеря синапсов не случайна, — сказала Чопра. — Скорее, она следует молекулярной и связной архитектуре мозга, что в конечном итоге может помочь определить, где и как следует вмешаться».
«Такое подробное картирование синаптической уязвимости в конечном итоге может помочь определить, где и как следует вмешаться для сохранения или восстановления функций мозга, например, с помощью новых методов лечения, направленных на защиту и восстановление синапсов», — добавил Холмс.
Исследователи подытоживают, что будущие исследования будут опираться на эти результаты, чтобы более точно охарактеризовать, как происходит потеря синапсов с течением времени и как она может реагировать на клинические вмешательства, чтобы разработать более точные и персонализированные подходы к лечению.
Ключевые вопросы и ответы которые раскрываются в работе:
В: Почему ученые не смогли обнаружить специфическую закономерность потери синапсов с помощью стандартных МРТ-сканирований головного мозга?
О: Представьте себе МРТ-сканирование как спутниковый снимок города: оно отлично подходит для определения общих границ районов, размеров парков и уменьшенных размеров зданий (объема ткани). Однако оно не может увидеть отдельные телефонные провода, идущие между домами. Синапсы — это субмикроскопические точки соединения, где клетки головного мозга взаимодействуют друг с другом. Специализированная позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) использует целевой трассер, который физически связывается с синаптическими белками, позволяя ученым впервые увидеть и измерить плотность этих реальных «проводов» в живом человеческом мозге.
В: Что означает, что потеря синапсов не случайна и следует «молекулярной архитектуре»?
А: Это означает, что шизофрения поражает мозг не случайным внезапным взрывом, а действует как целенаправленный вирус, избирательно следуя определенным уже существующим путям. Доктор Сидхант Чопра обнаружил, что области, наиболее сильно страдающие от синаптических повреждений, — это те, которые естественным образом содержат высокую концентрацию рецепторов для ключевых химических веществ мозга, таких как серотонин, глутамат и ГАМК. Болезнь использует эти молекулярные каналы, это означает что уязвимость к разрушению определяется базовым химическим составом определенных областей мозга.
В: Как обнаружение конкретной «отправной точки» в левой лобной доле меняет подходы к лечению шизофрении?
А: В настоящее время многие психиатрические методы лечения носят реактивный характер, контролируя распространенные эмоциональные и когнитивные симптомы в ходе того, как болезнь изменяет обширные области мозга. Используя компьютерные модели для отслеживания разрушения ткани до начальной точки происхождения в левой лобной доле, исследователи могут заглянуть в новую эру профилактической, проактивной медицины. Это дает нейробиологам точную «географическую» цель для применения новых локализованных методов лечения, предназначенных для защиты, восстановления или укрепления хрупких синапсов до того, как повреждения нейронной сети распространятся по всему остальному мозгу.
Ссылка на оригинальное исследование: находится в свободном доступе.
“Widespread synaptic density loss in schizophrenia follows molecular and network architecture” by Sidhant Chopra, Patrick D. Worhunsky, Mika Naganawa, Xi-Han Zhang, Ashlea Segal, Loïc Labache, Edwina Orchard, Vanessa Cropley, Stephen Wood, Gustavo A. Angarita, Kelly Cosgrove, David Matuskey, Nabeel B. Nabulsi, Yiyun Huang, Richard E. Carson, Irina Esterlis, Patrick D. Skosnik, Deepak C. D’Souza, Avram J. Holmes & Rajiv Radhakrishnan. Molecular Psychiatry.
DOI:10.1038/s41380-026-03717-x
