Почему люди с депрессией плохо спят?

Британские ученые в своей статье, опубликованной в JAMA Psychiatry готовы ответить на этот вопрос: все дело в слишком сильной связи между определенными областями мозга.


Пациенты с депрессивными расстройствами в 75% случаев с трудом засыпают, спят тревожно и мало – открывая глаза в 5 утра невыспавшимися, им приходится смиряться с наступлением нового дня, не отдохнув от предыдущего. Подобная связь нарушений сна и депрессии показана во множестве исследований, но до сих пор ученым не удалось выяснить, где причина, а где следствие.

Ученые из Уорикского университета проанализировали данные более 10 000 человек, чтобы прийти к выводу о том, что причина кроется в слишком сильной функциональной связи между областями мозга, отвечающими за кратковременную память (дорсолатеральная префронтальная кора), осознание внутреннего «я» (прекунеус) и отрицательные эмоции (орбитофронтальная кора).

Усиление связи между этими областями приводит к ситуациям, с которыми хоть раз в жизни сталкивался каждый: трудности с засыпанием, прокручивание в голове ситуаций, диалогов, в которых (как теперь кажется) надо было повести себя по-другому… Самокопание и припоминание негативных ситуаций приводит к нарушению режима сна и параллельно не приносит положительных эмоций, усугубляя отрицательное отношение к себе.

Это открытие так и не привело к пониманию причинно-следственной связи между расстройствами, но значительно прояснило ситуацию. Поэтому людям из группы риска перед сном стоит хотя бы настроить себя на позитивный лад: вспомнить, что хорошего произошло за день, найти причину себя похвалить или просто посмотреть милые семейные фото.


Текст: Дарья Тюльганова

Functional Connectivities in the Brain That Mediate the Association Between Depressive Problems and Sleep Quality

Wei Cheng, Edmund T. Rolls, Hongtao Ruan  et al

JAMA Psychiatry. Published online July 25, 2018. doi:10.1001/jamapsychiatry.2018.1941

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

 

Обучение конструирует мозг ребенка на уровне белого вещества

Исследователям из Университета Вашингтона (UW) удалось установить, что происходит с белым веществом детей при интенсивном образовательном процессе и как гибкость мозга напрямую связана с обучением. Восемь недель специальной обучающей программы усилили нейронные связи и улучшили навыки чтения даже у ребят с дислексией, хотя полагалось, что архитектура мозга жестко предопределяет это расстройство. Подробности опубликованы в журнале Nature Communications.

На иллюстрации изображен дугообразный пучок (зеленый), нижний продольный пучок (синий) и задние коллозальные тракты (розовые). Сredit: Jason D. Yeatman et al. / Nature Communications  


 

Руководитель работы Джейсон Йитман (Jason D. Yeatman), доцент отдела речевых и слуховых исследований UW (I-LABS), считает, что процесс воспитания ребенка действительно меняет мозг физически, и его научная команда смогла обнаружить изменения в соединениях между разными его зонами всего за несколько недель после начала образовательной программы. С этой точки зрения роль учителя в качестве «инженера» мозга детей недооценена.

Дислексия – это расстройство, при котором нарушается способность читать и произносить слова. Оно входит в группу наиболее распространенных проблем при обучении, которые связаны с языком, и в некоторой форме выявляется примерно у 10-20 процентов всего населения. Быстрого и простого способа лечения не существует, а без какого-либо вмешательства дети с дислексией, как правило, испытывают в школе большие трудности, поскольку потребность в грамотности с течением времени только возрастает.

Доктор Йитман запустил Лабораторию развития и обучения мозга в I-LABS и вместе с коллегами провел исследование в течение лета 2016 и 2017 годов, в которое включили 24 ребенка в возрасте от 7 до 12 лет. Они участвовали в программе обучения чтению, предлагаемой центром Lindamood-Bell Learning. Компания не финансировала исследование, но предоставила курсы для участников бесплатно. Родители всех участников предварительно сообщали, что их ребенку либо было сложно читать, либо ему уже поставили диагноз дислексии.

В течение восьми недель дети получали индивидуальные инструкции на работу по четыре часа в день, пять дней в неделю. Ученые провели серию тестов на чтение до и после программы обучения и сделали каждому ребенку четыре МРТ исследования, оценивая также их поведение в начале, середине и конце восьминедельного периода. Контрольной группе из 19 детей со смешанными уровнями навыков чтения также проводились томографии и поведенческий анализ, но эти дети обучающую программу не проходили.

Исследователи сосредоточились на изучении белого вещества с помощью трактографии (которая измеряет скорость диффузии и направление движения протонов вдоль нервных трактов) трех зон мозга: левого дугообразного пучка, который соединяет области, обрабатывающие язык и звуки; левого нижнего продольного пучка, по которому проходят сигналы «входа» — буквы на странице; и задние каллозальные тракты, которые связывают два полушария мозга.

В мозге детей из контрольной группы не выявилось изменений скорости диффузии или структуры между последовательными томографиями, а также никак не изменились показатели тестов на чтение. Но вот у тех, кто участвовал в обучающей программе, навыки чтения улучшились в среднем на один полный класс, плюс у большинства скорость диффузии уменьшилась в дугообразном и нижнем продольном пучках.

Тем не менее в задних каллозальных трактах не произошло никаких значимых изменений, поскольку, как предполагают исследователи и как уже было доказано в предыдущих работах, эта структура в семь лет уже достаточно зрелая и стабильная, хоть и оказывает сильное влияние на обучаемость.

Конечно, это исследование тоже не до конца точно, так как данные МРТ – это лишь косвенные измерения связности между областями мозга, а не точная гистологическая оценка ткани. Однако, получившиеся результаты важны потому, что доказывают, что строго контролируемая краткосрочная образовательная интервенция связана с измеримым и идентифицируемым увеличением объема мозговой ткани в конце эксперимента по сравнению с началом.


Текст: Анна Хоружая 
Rapid and widespread white matter plasticity during an intensive reading intervention by Elizabeth Huber, Patrick M. Donnelly, Ariel Rokem & Jason D. Yeatman in Nature Communications. Published June 2018
doi:10.1038/s41467-018-04627-5 

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Картинка дня: напечатанный коннектом

Credit: Mediated Matter Group / MIT Media Lab


Это — не компьютерная графика. Перед вами — результат новейшей технологии воксельной 3D-печати. 291,362 окрашенных волокон воспроизводят данные диффузной тензорной трактографии, показывая, как аксоны белого вещества связывают друг с другом разные участки мозга. Результат разработки новой технологии опубликован в журнале Science Advances. 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

«Спринтерский» сон: организм — против

Многие люди грезят о том, чтобы поспать чуть дольше, чем обычно, так как чаще всего они спят гораздо меньше, чем рекомендуется для нормального самочувствия. При этом, как ни странно, они порой не ощущают от этого никакого негативного эффекта. В Университете штата Юта исследовали шаблоны нейронных связей в мозге так называемых «спринтеров сна» и выяснили, что многие из тех, кто ведёт подобный образ жизни, не осознают свою степень усталости, которая попросту маскируется под кажущийся эффективным и достаточным сон. Работа опубликована в Brain and Behavior.

Большинство людей, которые спят меньше рекомендуемых семи-девяти часов в сутки, начинают испытывать усталость, становятся раздражительными, у них нарушаются процессы усвоения и анализа информации. Уже выяснили, что недостаток сна ведёт к психическим и физическим расстройствам: развитию депрессии, ожирению, ишемической болезни сердца, а также повышает смертность.

Однако, некоторые люди, спящие даже меньше, чем шесть часов в сутки, не ощущают никаких побочных эффектов. Интересно, что в 2009 году невролог Кристофер Джонс (Christopher Jones) и его коллеги из Университета штата Юта обнаружили редкую генетическую мутацию, которая оказалась связанной с краткосрочным эффективным сном. Отсюда и субъективное ощущение у таких людей, что им нужно сна меньше, чем другим. Но что же в этот момент происходит с мозгом? Как он себя ведёт в таких «нестандартных» условиях?

Сети мозга

Для того, чтобы попробовать ответить на эти вопросы, профессор психологии Пола Уильямс (Paula Williams), радиолог Джеф Андерсон (Jeff Anderson), уже упомянутый выше Джонс и аспирант-психолог Брайан Кертис (Brian Curtis) исследовали межнейронные взаимодействия.

Такой набор соединений нейронов друг с другом, который называется коннектомом, в настоящее время изучается в большом международном проекте «Коннектом человека», где с помощью МРТ собраны данные мозговых сетей более чем 1200 человек. Кстати, до сих пор реализованы и проанализированы лишь около 900 сканов мозга.

Лучше память?

Команда учёных сравнила данные людей с нормальным сном с теми, кто спит шесть часов в сутки или меньше. Далее они разделили последнюю группу на ещё на две: тех, кто «страдал», и, наоборот, чувствовал себя прекрасно и бодро. Обе группы поместили в МРТ-сканер для того, чтобы изучить «рисунок» связей бодрствующего мозга. Хоть людей и инструктировали не засыпать во время сканирования, дремали многие и даже те, кто отрицал дисфункции.

short-sleep-neurosciencenews
На иллюстрации: области мозга, для которых функциональная связность ковариантна с продолжительностью сна.

«Этот факт намекает на то, что в скучном фМРТ-сканере у людей нет ничего, чтобы могло бы их «отвлечь» от сонных мыслей», — говорит Джонс.

И такая гипотеза имеет весьма конкретные последствия для общественной безопасности, по мнению Кертиса, так как, например, в ночной дороге может случайно уснуть даже «спринтер сна» .

Анализируя различия связей между областями мозга, исследователи обнаружили, что у «спринтеров», отрицавших дисфункции, наблюдалось усиление связности между сенсорной корой, которая обрабатывают внешнюю сенсорную информацию, и гиппокампом – областью, связанной с памятью. А это, в свою очередь, уже может говорить о её более эффективной консолидации (переходе кратковременной памяти в долговременную).

«Я так чувствую»

На следующем этапе работы учёные планируют непосредственно проверить, всё ли со «спринтерами» в порядке. Они хотят найти таких людей, которые естественно спят менее шести часов в сутки, независимо от выходных дней или отпуска. В дополнение к нейровизуализации они проверят когнитивные функции, в том числе и на тренажёре по вождению, чтобы получить максимально объективную информацию.

«Недостаток сна может влияет на восприятие людей по их собственной вине. Мы же особенно заинтересованы в понимании несоответствия между восприятием людьми своего состояния и того, как они реально функционируют. Не всё ведь одинаково», — замечает Уильямс.

Будущая работа группы также будет включать доклады участников исследования испытуемых членов семьи или партнеров, чтобы обеспечить дополнительную оценку функции дневного времени.
При анализе данных коннектома авторы выяснили, что самооценка продолжительности сна за последний месяц была фактором, который лучше всего сильно различиями в коннективных профилях во время отдыха.

Андерсон считает, что их результат говорит о том, что будущие фМРТ исследования должны учитывать сон при интерпретации результатов.

Уильямс же надеется, что продолжение этой программы исследований позволит ответить на ключевые вопросы о индивидуальные различия в потребности в сне.

«Два человека могут спать в том же объеме и один человек чувствует себя отдохнувшим, а один – нет, — говорит она. — В чем различие между ними? Есть ли некоторые люди, которым действительно нужно меньше спать? Мы пока не знаем. Удивительно, мы все еще не знаем».

#сон
#коннектом
Текст: Анна Хоружая
 Sleep duration and resting fMRI functional connectivity: examination of short sleepers with and without perceived daytime dysfunction by Brian J. Curtis, Paula G. Williams, Christopher R. Jones, and Jeffrey S. Anderson in Brain and Behavior. Published online September 15 2016 doi:10.1002/brb3.576

Томограмма дрозофилы в 3D

Итак, наконец-то задача 3D-картирования связей мозга решена. Правда, только для мозга мухи-дрозофилы. Команда Рюты Мизутани (Ryuta Mizutani) из Университета Токаи в японском Токио воспользовались методом, схожим с методом, которым пользуются для получения трёхмерной структуры белков. Препринт работы японцев опубликован на сайте ArXiv.org

 1474210682452561

Для того, чтобы решить столь нетривиальную задачу, Мизутани с командой «протравили» мозг дрозофилы серебряной краской, затем бомбардировали его рентгеновскими лучами, после чего замеряли рассеяние рентгеновских фотонов на поглощенном нейронами серебре. Используя программное обеспечение, подобное тому, которое «считает» форму молекулы белка при рентгеновской кристаллографии, исследователи построили объемную карту связей в трёхмерном пространстве 840x1250x1200 вокселей (воксель – единица трёхмерного растрового изображения, слово происходит от volumetric – объёмный и pixel – пиксель).

1474210724468407

На полученной модели уже хорошо видны связи, обеспечивающие 360 известных нейрональных процессов в мозге мухи-дрозофилы. Также учёные обнаружили и неизвестные прежде связи.

Полученная карта имеет разрешение около 600 нанометров и показывает только 15 000 путей, образованных 100 000 нейронов. Но и такое разрешение отняло у исследователей 1700 человеко-часов работы, что показывает невероятное количество времени, которое уйдёт на подробное картирование мозга человека.

В будущем авторы планируют перейти на меньшую длину волны рентгеновского излучения, чтобы получить более высокое разрешение.

#коннектом
#дрозофила

Текст: Алексей Паевский