Новая находка: Как мозг на самом деле предсказывает психические расстройства

Учёные выявили отличительные паттерны активности мозга, связанные с симптомами психического здоровья. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Mental Health, показало, что паттерны мозговой активности могут помочь предсказать различные типы симптомов психического здоровья, и что эти предсказатели, основанные на мозге, более похожи внутри категорий симптомов, чем между ними. Это означает, что особенности мозга, связанные с такими поведениями, как тревога или депрессия, более схожи друг с другом, чем с такими поведениям, как агрессия или нарушение правил, и наоборот. Этот паттерн наблюдался как у детей, так и у подростков и взрослых, что предполагает, что связь мозга играет последовательную, но отличительную роль в различных типах проблем с психическим здоровьем на протяжении всего развития.

Исследователи провели это исследование, чтобы ответить на давний вопрос в области психического здоровья: поддерживаются ли внутренние и внешние поведения общими или уникальными паттернами в мозге. Эти категории часто используются в психиатрии для понимания широкого спектра психологических проблем, однако мало известно о том, как архитектура мозговой сети соотносится с каждой из них.

"Симптомы психического здоровья можно классифицировать на две широкие категории: внутренние и внешние проблемы", объяснили авторы исследования Юйюэ Лидия Цюй и Аврам Дж. Холмс, соответственно кандидат философских наук в Йельском университете и доцент в Университете Ратгера.

"Внутренние проблемы, такие как тревога, избегание и соматические жалобы, направлены "внутри" на индивидуум. Внешние проблемы, такие как разрушительное и агрессивное поведение, направлены "внешне" к окружающей среде или другим людям. В этом исследовании мы исследовали, отличаются ли предсказатели, основанные на мозге, между этими двумя категориями симптомов психического здоровья на протяжении всего развития."

Исследователи проанализировали данные функциональной магниторезонансной томографии (фМРТ), полученные в состоянии покоя, которые фиксируют активность мозга, когда участники не выполняют никакой конкретной задачи. Основной целью было изучить, могут ли определённые паттерны связности мозга — как разные области мозга взаимодействуют в состоянии покоя — надежно предсказать внутренние или внешние симптомы.

В исследовании участвовали три большие независимые выборки, охватывающие детей, подростков и взрослых. Основная выборка была получена из исследования когнитивного развития подростков (ABCD) и включала 5 260 детей в возрасте около 10 лет. Две меньшие выборки использовались для проверки, будут ли полученные результаты применимы: одна из 229 подростков в возрасте от 12 до 18 лет из Сети здорового мозга и другая из 423 молодых людей со средним возрастом 29 лет из Проекта человеческого коннектома. Все участники заполнили анкеты по психическому здоровью, предназначенные для оценки уровня внутренних и внешних проблем, и прошли высококачественные сканирования мозга в состоянии покоя.

Исследователи проанализировали функциональную связность между 419 областями интереса в мозге каждого человека. Затем они применили модель машинного обучения, известную как регрессия на гребне ядра, чтобы попытаться предсказать уровень симптомов каждого участника на основе их связности мозга. Хотя точность предсказания у детей была скромной, она была статистически лучше, чем случайная. Однако предсказания не так хорошо распространялись на выборки подростков и взрослых, вероятно, из-за меньшего размера этих групп.

Тем не менее, во всех трёх возрастных группах выделялся один последовательный результат: предсказатели, основанные на мозге, для внутренних поведения были более похожи друг на друга, чем предсказатели для внешнего поведения, и то же самое было верно и наоборот. Например, паттерны в мозге, которые помогали предсказать тревогу у ребенка, также больше походили на те, которые предсказывали избегание, чем на паттерны, предсказывающие агрессию. Это подтверждает представление о том, что внутренние и внешние симптомы биологически различны в мозге, даже если они иногда сосуществуют или имеют общие факторы риска.

Исследователи также изучили, какие именно сети мозга были задействованы в этих предсказаниях и изменялись ли они в зависимости от возраста. У детей и подростков внешние поведения были более сильно связаны с взаимодействием между зрительной сетью мозга и другими областями, в то время как внутренние симптомы были более связаны с соединениями с подкорковыми регионами — глубокими структурами мозга, участвующими в эмоциях и мотивации. У взрослых, однако, как внутренние, так и внешние симптомы лучше предсказывались связями в больших сетях, таких как лимбическая и височно-теменная системы.

Одно особенно интересное открытие заключалось в том, что одни и те же сети мозга могут выполнять разные роли в зависимости от возраста. Например, связность между подкорковыми регионами и височно-теменной сетью была связана с внешним поведением у детей и подростков, но с внутренним поведением у взрослых. Это указывает на то, что способ связи различных частей мозга может изменяться по значению в ходе развития, отражая то, как мозг реорганизует себя от детства до взрослой жизни.

Исследователи также обнаружили некоторые общие паттерны мозга по категориям симптомов. Это подтверждает предыдущие работы, показывающие, что многие симптомы психического здоровья имеют перекрывающиеся особенности, но новые результаты идут дальше, показывая, что более тонкие различия — такие как различие между тревогой и агрессией — также могут быть обнаружены в паттернах связности мозга.

"Мы обнаружили, что предсказатели, основанные на мозге, симптомов психического здоровья более похожи между категориями внутренних и внешних проблем, чем между ними, на основе независимых выборок детей, подростков и взрослых," сказали Цюй и Холмс PsyPost. "В целом, существуют как общие, так и уникальные предсказатели, основанные на мозге, для внутренних и внешних категорий симптомов психического здоровья по этим выборкам."

Несмотря на сильные стороны этого исследования, включая большие выборки, строгую обработку данных и репликацию по возрастным группам, есть некоторые ограничения, которые следует учитывать. "Три независимые выборки, используемые в нашем исследовании, были поперечными и не отслеживали участников с течением времени," отметили исследователи. "Следовательно, остается неясным, сохраняются ли наши результаты для одних и тех же индивидуумов по мере их роста и развития от детей до взрослых. Кроме того, сила наблюдаемой связи между мозгом и поведением скромная, что предполагает, что небрайнфакторы также играют значительную роль в предсказании симптомов психического здоровья."

В дальнейшем исследователи надеются продолжить эту работу, изучая, как предсказатели, основанные на мозге, развиваются у одних и тех же людей со временем. Долгосрочные исследования могут помочь прояснить, предсказывают ли ранние различия в связности мозга последующие результаты в области психического здоровья и могут ли вмешательства изменить эти паттерны.

"Долгосрочная цель этой линии исследований заключается в том, чтобы выявить различные мозговые подписи, которые предсказывают различные классы симптомов психического здоровья," сказали Цюй и Холмс. "Это позволит раннюю идентификацию людей, находящихся в группе риска, и позволит адаптировать стратегии профилактики."

Исследование "Отличительные особенности сетей мозга предсказывают внутренние и внешние черты у детей, подростков и взрослых" было написано Юйюэ Лидией Цюй, Цзяньчжуном Ченем, Анджелой Там, Леоном Ци Ронгом Оои, Эльвишей Дхамалой, Кэррисой В. Кокузза, Шаоши Чжаном, Тяньчу Зэнгом, Коннором Лаухедом, Б.Т. Томасом Йео и Аврамом Дж. Холмсом.