Новые ритмы мозга: как Альцгеймер и эпилепсия пляшут в такт

Аномальные ритмы мозга могут дать новое представление о болезни Альцгеймера и ее связи с эпилепсией. Новое исследование, опубликованное в Brain Communications, выявило аномальную активность мозговых волн у людей с болезнью Альцгеймера, что предполагает потенциальный новый биомаркер для отслеживания данного состояния и его сопутствующих симптомов. Исследователи обнаружили специфический тип быстрых ритмов мозга, известный как высокочастотные осцилляции, у пациентов с болезнью Альцгеймера — даже у тех, кто не проявлял очевидных признаков эпилепсии. Эти осцилляции были более выражены у пациентов с субклинической эпилептической активностью, и их уровень по-разному реагировал на противосудорожное лекарство в зависимости от наличия или отсутствия эпилепсии.

Болезнь Альцгеймера известна прежде всего своим воздействием на память и когнитивные функции, но многие люди с этим заболеванием также испытывают судороги или аномальную электрическую активность в мозге. Эти нарушения могут оставаться незамеченными без специализированного тестирования, но, как считается, они усугубляют потерю памяти и ускоряют когнитивный спад. Исследователи долгое время искали надежные индикаторы этой скрытой гиперактивности, особенно такие, которые могли бы направлять решения по лечению.

Одним из многообещающих кандидатов является наличие высокочастотных осцилляций (HFO) — кратковременных, быстрых всплесков электрической активности в мозге, которые ранее связывали с эпилепсией. Хотя высокочастотные осцилляции изучались у людей с резистентной к терапии эпилепсией, их не наблюдали у людей с болезнью Альцгеймера до сих пор. В этом исследовании ученые хотели выяснить, можно ли определить высокочастотные осцилляции у пациентов с болезнью Альцгеймера с помощью неинвазивных МРТ и варьируется ли уровень этих сигналов в зависимости от наличия эпилептической активности.

"Мои коллеги по эпилепсии из UCLA обнаружили высокочастотные осцилляции как признак эпилепсии у животных и в записях мозга людей с эпилепсией. Основываясь на моих исследованиях по эпилепсии и связанной с ней когнитивной потере при болезни Альцгеймера, мы хотели выяснить, присутствуют ли высокочастотные осцилляции", — говорит автор исследования Кит Воссел.

Исследователи использовали магнитно-энцефалографию (MEG), метод, который фиксирует магнитные сигналы, создаваемые активностью мозга. Они проанализировали 10-минутные записи MEG от трех групп участников: восьми людей с болезнью Альцгеймера и субклинической эпилептической активностью, шести с болезнью Альцгеймера, но без обнаруживаемой эпилептической активности, и восьми здоровых людей.

Все участники с болезнью Альцгеймера были частью более широкой клинической испытания, тестирующего эффект противосудорожного препарата леветирацетам на когнитивные функции. Данные MEG были собраны до и после четырехнедельного курса приёма препарата, разделенного периодом отказа, что позволяло каждому человеку выступать в качестве собственного контрольного образца.

При исследовании команда сосредоточилась на двух типах высокочастотных осцилляций: рипплах (между 80 и 250 Гц) и быстрых рипплах (между 250 и 500 Гц). Эти быстрые ритмы измерялись в разных областях мозга как в левом, так и в правом полушарии. Для идентификации и классификации высокочастотных осцилляций исследователи использовали специализированный программный алгоритм и последующую ручную проверку для обеспечения точности. Они также отслеживали, были ли мозговые волны более яркими в одном полушарии по сравнению с другим — такая закономерность могла бы сигнализировать о наличии скрытой патологии.

Результаты показали, что у участников с болезнью Альцгеймера было больше высокочастотных осцилляций, чем у здоровых контролей, особенно в правых височных и затылочных долях. Удивительно, но у тех, кто не проявлял никаких признаков эпилептической активности, оказалось еще больше высокочастотных осцилляций в некоторых областях, чем у тех, кто имел эпилептическую активность. Этот вывод предполагает, что высокочастотные осцилляции могут указывать не только на риск судорог, но и на более широкие формы гиперактивности мозга, связанные с самой болезнью Альцгеймера.

Когда команда сравнила эффекты леветирацетама на мозговую активность, они обнаружили заметные различия между двумя подгруппами пациентов с болезнью Альцгеймера. У пациентов с эпилептической активностью леветирацетам снизил высокочастотные осцилляции в нескольких областях мозга, особенно в лобной и затылочной долях. Это предполагает, что препарат помог успокоить гиперактивные нейронные сети, которые могут быть связаны с «тихими» судорогами. В то же время, у пациентов без обнаруживаемой эпилептической активности леветирацетам неожиданно увеличил уровень высокочастотных осцилляций в таких областях, как теменная и центральная.

«Аномалии ритмов мозга являются общим признаком деменции, но они не были тщательно исследованы», сообщил Воссел. «Мы обнаружили, что высокочастотные осцилляции увеличены в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, что указывает на переэкситацию нейронов. У пациентов с эпилептической активностью противосудорожные препараты снизили высокочастотные осцилляции и были связаны с когнитивными улучшениями, что показывает потенциальную терапевтическую выгоду».

Исследователи также заметили асимметрию в распределении высокочастотных осцилляций. У пациентов с эпилептической активностью высокочастотные осцилляции были более сосредоточены в правом полушарии, особенно в височных и затылочных долях. Эта закономерность не наблюдалась у пациентов без эпилептической активности, что дополнительно указывает на то, что асимметричные высокочастотные осцилляции могут быть признаком эпилептической гиперактивности при болезни Альцгеймера.

«Мы были удивлены увидеть увеличение высокочастотных осцилляций у пациентов с болезнью Альцгеймера, у которых не было истории эпилепсии или эпилептической активности», — заявил Воссел. «Это указывает на то, что высокочастотные осцилляции являются общей характеристикой болезни Альцгеймера. Однако высокочастотные осцилляции были более асимметричными у пациентов с эпилептической активностью и, похоже, являются более патологиями при проявлении с одной стороны мозга».

Эти находки согласуются с предыдущими исследованиями на моделях животных, показывающими увеличение высокочастотных осцилляций при болезни Альцгеймера и эпилепсии. Тем не менее, данное исследование является первым, которое сообщает о этих быстрых ритмах мозга у пациентов с болезнью Альцгеймера с использованием неинвазивных MEG-сканирований. Наличие высокочастотных осцилляций, особенно когда они неравномерно распределены по мозгу, может открыть важное окно для понимания прогрессирования болезни и ответа на лечение.

Хотя результаты обнадеживают, у исследования есть некоторые ограничения. Контрольная группа была старше группы пациентов с болезнью Альцгеймера, что может повлиять на сравнения. Кроме того, данные MEG иногда были шумными, а размер выборки относительно мал. Исследование сосредоточилось только на участниках белой расы, не относящихся к испаноязычной группам, поэтому результаты могут не применяться к более разнообразным популяциям. Больше и более детальные записи могут помочь будущим исследованиям лучше понять, как высокочастотные осцилляции изменяются во время сна и бодрствования и как они связаны с различными типами патологии Альцгеймера.

«Записи MEG — это чувствительный метод для обнаружения аномалий ритмов мозга при деменции, но могут улавливать только высокочастотные осцилляции, производимые большими группами нейронов», — отметил Воссел. «В результате, MEG может пропустить высокочастотные осцилляции, возникающие из мелких, локализованных областей мозга».

Это исследование добавляет в растущий объем доказательств того, что аномальная электрическая активность играет более важную роль в болезни Альцгеймера, чем было признано ранее. Идентификация высокочастотных осцилляций в качестве потенциального биомаркера открывает новые пути для диагностики и управления заболеванием. Факт, что леветирацетам снизил высокочастотные осцилляции у пациентов с субклиническими судорогами, но увеличил их у других, предполагает, что лечения могут адаптироваться в зависимости от паттернов мозговой активности индивидуумов.

Будущие исследования могут исследовать, появляются ли высокочастотные осцилляции на ранних стадиях болезни Альцгеймера или в других нейродегенеративных состояниях. Сочетание MEG с другими методами визуализации, такими как внутренние записи или усовершенствованные сканирования мозга, может предоставить более четкую картину, где и как возникают эти мозговые волны. Понимание специфических нейронных цепей, участвующих в генерации высокочастотных осцилляций, также может помочь прояснить их роль в памяти, внимании и когнитивном упадке.

«Мы исследуем другие особенности записей MEG, чтобы создать более эффективные и экономичные инструменты для выявления и лечения эпилепсии при болезни Альцгеймера», — добавил Воссел. «Мы глубоко благодарны многим участникам исследования за их щедрое время и усилия. По мере развития исследований аномалий ритмов мозга при деменции, мы верим, что записи ритмов мозга будут играть все более ценную роль в оценке деменции — аналогично тому, как расширенные записи сердца регулярно используются для оценки сердечной функции».

Исследование "Высокочастотные осцилляции у пациентов с эпилептической и неэпилептической формами болезни Альцгеймера и различная эффективность леветирацетама на осцилляции" было написано М. С. Вишну Шандиля, Кваку Аддо-Осафо, Камалини Г. Ранасинге, Мохамадом Шамасом, Ричардом Стабой, Срикантаном С. Нагараджаном и Китом Восселом.