Микроструктурная патология головного мозга при параноидной шизофрении (по данным магнитно-резонансной трактографии)

Обоснование: непоследовательность и противоречивость результатов исследований патологии микроструктурной связности при шизофрении на основе трактографии, отсутствие клинического применения специальных методик МРТ обосновывают необходимость продолжения научного поиска в этом направлении. Цель: выявление особенностей микроструктурной патологии головного мозга при параноидной шизофрении с применением магнитно-резонансной трактографии. Пациенты и методы: 25 пациентов с диагнозом параноидной шизофрении (F20.0) были включены в основную группу, 30 здоровых испытуемых без неврологических и соматических заболеваний составили контрольную группу. Инструментальные исследования проводились на магнитно-резонансном томографе «Philips Ingenia» (напряженность магнитного поля 1,5 Тл) с использованием импульсной последовательности DTI high iso. Последующая обработка осуществлялась с применением «DSI Studio» (программное обеспечение для анализа трактографических данных). Результаты и их обсуждение: полученные данные микроструктурных изменений головного мозга продемонстрировали различия микроструктурной коннективности головного мозга у пациентов с параноидной шизофренией по сравнению с группой контроля. Выявлены значимые связности (при заданных параметрах построения матриц коннективности) гиппокампа с поясной извилиной и таламусом, таламуса со структурами стриопаллидарной системы, а также отсутствие значимых связностей с миндалевидным телом у основной группы по сравнению с группой контроля. Результаты анализа нейросетевых показателей головного мозга с применением теории графов продемонстрировали более высокие значения показателей коэффициентов кластеризации и «малого мира», характерной длины пути, транзитивности, плотности и более низкие значения показателя глобальной эффективности основной группы по сравнению с группой контроля. Заключение: полученные результаты демонстрируют микроструктурную семиотику нейросетевых изменений головного мозга при параноидной шизофрении. Изменения в связности гиппокампа, таламуса и миндалины представляют трактографические семиотические признаки микроструктурной патологии головного мозга при параноидной шизофрении. Исследование является одним из этапов поиска метода объективизации и выявления нарушения процессов нейропластичности головного мозга при эндогенной патологии шизофренического спектра.

1. Александровский ЮА, Незнанов НГ, ред. Психиатрия: национальное руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2018:1008 с.

2. Клюшник ТП, Смулевич АБ, Зозуля СА, Воронова ЕИ. Нейробиология шизофрении и клинико-психопатологические корреляты (к построению клинико-биологической модели). Психиатрия. 2021;19(1):6–15. doi: 10.30629/2618-6667-2021-19-1-6-15

3. Тарумов ДА, Марченко АА, Труфанов АГ, Романов ГГ, Лобачев АВ, Мавренков ЭМ, Исхаков ДН, Железняк ИС, Шамрей ВК, Труфанов ГЕ, Фисун АЯ. Объективизация психических расстройств с применением специальных методик магнитно-резонансной томографии в системе мониторинга психического здоровья военнослужащих. Лучевая диагностика и терапия. 2019;3(10):60–70. doi: 10.22328/20795343-2019-10-3-60-70

4. Тарумов ДА, Труфанов АГ, Железняк ИС, Шамрей ВК, Малаховский ВН. Патология микроструктурной коннективности головного мозга при синдроме зависимости от опиоидов и алкоголя. Доктор.Ру. 2020;19(4):35–42. doi: 10.31550/1727-2378-202019-4-35-42

5. Gómez-Gastiasoro A, Zubiaurre-Elorza L, Peña J, Ibarretxe-Bilbao N, Rilo O, Schretlen DJ, Ojeda N. Altered frontal white matter asymmetry and its implications for cognition in schizophrenia: A tractography study. Neuroimage Clin. 2019;22:101781. doi: 10.1016/j.nicl.2019.101781

6. Seitz J, Zuo JX, Lyall AE, Makris N, Kikinis Z, Bouix S, Pasternak O, Fredman E, Duskin J, Goldstein JM, Petryshen TL, Mesholam-Gately RI, Wojcik J, McCarley RW, Seidman LJ, Shenton ME, Koerte IK, Kubicki M. Tractography Analysis of 5 White Matter Bundles and Their Clinical and Cognitive Correlates in Early-Course Schizophrenia. Schizophr Bull. 2016;42(3):762–771. doi: 10.1093/schbul/sbv171

7. Voineskos AN, Lobaugh NJ, Bouix S, Rajji TK, Miranda D, Kennedy JL, Mulsant BH, Pollock BG, Shenton ME. Diffusion tensor tractography findings in schizophrenia across the adult lifespan. Brain. 2010;133(Pt 5):1494–1504. doi: 10.1093/brain/ awq040

8. Chawla N, Deep R, Khandelwal SK, Garg A. Reduced integrity of superior longitudinal fasciculus and arcuate fasciculus as a marker for auditory hallucinations in schizophrenia: A DTI tractography study. Asian J Psychiatr. 2019;44:179–186. doi: 10.1016/j. ajp.2019.07.043

9. Geoffroy PA, Houenou J, Duhamel A, Amad A, De Weijer AD, Curčić-Blake B, Linden DE, Thomas P, Jardri R. The Arcuate Fasciculus in auditory-verbal hallucinations: a meta-analysis of diffusion-tensor-imaging studies. Schizophr Res. 2014;159(1):234–237. doi: 10.1016/j.schres.2014.07.014 Epub 2014 Aug 10. PMID: 25112160.

10. Cavelti M, Kircher T, Nagels A, Strik W, Homan P. Is formal thought disorder in schizophrenia related to structural and functional aberrations in the language network? A systematic review of neuroimaging findings Schizophr Res. 2018;199:2–16. doi: 10.1016/j. schres.2018.02.051

11. Zhu T, Zhou C, Fang X, Huang C, Xie C, Ge H, Yan Z, Zhang X, Chen J. Meta-analysis of structural and functional brain abnormalities in schizophrenia with persistent negative symptoms using activation likelihood estimation Front Psychiatry. 2022;(13):957685. doi: 10.3389/fpsyt.2022.957685

12. Zhao W, Guo S, He N, Yang AC, Lin CP, Tsai SJ. Callosal and subcortical white matter alterations in schizophrenia: A diffusion tensor imaging study at multiple levels. Neuroimage Clin. 2018;20:594–602. doi: 10.1016/j.nicl.2018.08.027

13. Li S., Hu N, Zhang W, Tao B, Dai J, Gong Y, Tan Y, Cai D, Lui S. Dysconnectivity of Multiple Brain Networks in Schizophrenia: A Meta-Analysis of Resting-State Functional Connectivity. Front Psychiatry. 2019;(10):482. doi: 10.3389/fpsyt.2019.00482

14. Koshiyama D, Fukunaga M, Okada N, Morita K, Nemoto K, Usui K, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Kudo N, Azechi H, Watanabe Y, Hashimoto N, Narita H, Kusumi I, Ohi K, Shimada T, Kataoka Y, Yamamoto M, Ozaki N, Okada G, Okamoto Y, Harada K, Matsuo K, Yamasue H, Abe O, Hashimoto R, Takahashi T, Hori T, Nakataki M, Onitsuka T, Holleran L, Jahanshad N, van Erp TGM, Turner J, Donohoe G, Thompson PM, Kasai K, Hashimoto R. White matter microstructural alterations across four major psychiatric disorders: mega-analysis study in 2937 individuals. Mol Psychiatry. 2020;4(25):883–895. doi: 10.1038/ s41380-019-0553-7

15. Zhao G., Lau WKW, Wang C, Yan H, Zhang C, Lin K, Qiu S, Huang R, Zhang R. A Comparative Multimodal Meta-analysis of Anisotropy and Volume Abnormalities in White Matter in People Suffering from Bipolar Disorder or Schizophrenia. Schizophr Bull. 2022;1(48):69–79. doi: 10.1093/schbul/sbab093

16. Kristensen TD, Mandl RCW, Jepsen JRM, Rostrup E, Glenthoj LB, Nordentoft M, Glenthoj BY, Ebdrup BH. Non-pharmacological modulation of cerebral white matter organization: A systematic review of non-psychiatric and psychiatric studies Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2018;(88):84–97. doi: 10.1016/j. neubiorev.2018.03.013

17. Ушаков ВЛ, Малашенкова ИК, Костюк ГП, Захарова НВ, Крынский СА, Карташов СИ, Огурцов ДП, Бравве ЛВ, Кайдан МА, Хайлов НА, Чекулаева ЕИ, Дидковский НА. Связь между воспалением, когнитивными нарушениями и данными нейровизуализации при шизофрении. Журнал неврологии и психиатрии имени C.C. Корсакова. 2020;120(11):70–78. doi: 10.17116/jnevro202012011170

18. Захарова НВ, Чекулаева ЕИ, Крынский СА, Ушаков ВЛ, Курмышев МВ, Костюк ГП, Бравве ЛВ, Мамедова ГШ, Карташов СИ, Огурцов ДП, Кайдан МА, Орлов ВА, Хайлов НА, Малашенкова ИК. Иммунологический статус и особенности базовых архитектур головного мозга в норме и у больных шизофренией. Вестник РФФИ. 2021;4(112):60–77. doi: 10.22204/2410-4639-2021-112-04-60-77

19. Лебедева ИС, Карелин СА, Ахадов ТА, Томышев АС, Ублинский МВ, Семенова НА, Бархатова АН, Каледа ВГ. Микроструктурные аномалии мозолистого тела и крючковидного пучка и процессы обработки слуховой информации у больных юношеской приступообразной шизофренией. Физиология человека. 2016;42(4):27–31. doi: 10.7868/ S0131164616040123

20. Ушаков ВЛ, Малахов ДГ, Орлов ВА, Карташов СИ, Коростелева АН, Скитева ЛИ, Величковский БМ, Масленникова АВ, Архипов АЮ, Стрелец ВБ, Вартанов АВ, Захарова НВ, Резник АМ, Морозова АЮ, Костюк ГП. фМРТ и трактографические исследования больных шизофренией. В кн.: Клиническая психиатрия XXI века: интеграция инноваций и традиций для диагностики и оптимизации терапии психических расстройств: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной памяти профессора Руслана Яковлевича Вовина (90-летию со дня рождения). Электронное издание, Санкт-Петербург, 17– 18 мая 2018 года. СПб.: Альта Астра, 2018:342–345. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46297497

21. Stahl SM. Symptoms and circuits, part 3: schizophrenia. J Clin Psychiatry. 2004;65(1):8–9. doi: 10.4088/ jcp.v65n0102

22. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, Moone ML, LaMantia A-S, Platt ML, White LE. Neuroscience. 6th ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2018.

23. Kay SR, Fiszbein A, Opler LA. The Positive and Negative Syndrome Scale (PANSS) for Schizophrenia. Schizophr Bull. 1987;2(13):261–276. doi: 10.1093/ schbul/13.2.261

24. Kraguljac NV, McDonald WM, Widge AS, Rodriguez CI, Tohen M, Nemeroff CB. Neuroimaging Biomarkers in Schizophrenia. Am J Psychiatry. 2021;178(6):509–521. doi: 10.1176/appi.ajp.2020.20030340

25. Tregellas JR, Smucny J, Harris JG, Olincy A, Maharajh K, Kronberg E, Eichman LC, Lyons E, Freedman R. Intrinsic hippocampal activity as a biomarker for cognition and symptoms in schizophrenia. Am J Psychiatry. 2014;171(5):549–556. doi: 10.1176/appi. ajp.2013.13070981

26. Heckers S, Konradi C. GABAergic mechanisms of hippocampal hyperactivity in schizophrenia. Schizophr Res. 2015;167(1–3):4–11. doi: 10.1016/j. schres.2014.09.041

27. Medoff DR, Holcomb HH, Lahti AC, Tamminga CA. Probing the human hippocampus using rCBF: contrasts in schizophrenia. Hippocampus. 2001;11(5):543–50. doi: 10.1002/hipo.1070

28. Rahm C, Liberg B, Reckless G, Ousdal O, Melle I, Andreassen OA, Agartz I. Negative symptoms in schizophrenia show association with amygdala volumes and neural activation during affective processing. Acta Neuropsychiatr. 2015;27(4):213–220. doi: 10.1017/neu.2015.11

29. Rasetti R, Mattay VS, Wiedholz LM, Kolachana BS, Hariri AR, Callicott JH, Meyer-Lindenberg A, Weinberger DR. Evidence that altered amygdala activity in schizophrenia is related to clinical state and not genetic risk. Am J Psychiatry. 2009;166(2):216–225. doi: 10.1176/appi.ajp.2008.08020261

30. Pinkham AE, Loughead J, Ruparel K, Overton E, Gur RE, Gur RC. Abnormal modulation of amygdala activity in schizophrenia in response to directand averted-gaze threat-related facial expressions. Am J Psychiatry. 2011;168(3):293–301. doi: 10.1176/appi. ajp.2010.10060832

31. Rubinov M, Sporns O. Complex network measures of brain connectivity: uses and interpretations. Neuroimage. 2010;52(3):1059–1069. doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.10.003

32. Bassett DS, Bullmore E. Small-world brain networks. Neuroscientist. 2006;12(6):512–523. doi: 10.1177/1073858406293182

33. Sporns O, Honey CJ. Small worlds inside big brains. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(51):19219-19220. doi: 10.1073/pnas.0609523103

34. Cohen JR, D’Esposito M. The Segregation and Integration of Distinct Brain Networks and Their Relationship to Cognition. J Neurosci. 2016;36(48):12083–12094. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2965-15.2016

35. Zhang R, Wei Q, Kang Z, Zalesky A, Li M, Xu Y, Li L, Wang J, Zheng L, Wang B, Zhao J, Zhang J, Huang R. Disrupted brain anatomical connectivity in medication-naïve patients with first-episode schizophrenia. Brain Struct Funct. 2015; 220(2):1145–1159. doi: 10.1007/s00429-014-0706-z

36. Zhang Y, Lin L, Lin CP, Zhou Y, Chou KH, Lo CY, Su TP, Jiang T. Abnormal topological organization of structural brain networks in schizophrenia. Schizophr Res. 2012;141(23):109–118. doi: 10.1016/j. schres.2012.08.021

37. Zhao W, Guo S, He N, Yang AC, Lin CP, Tsai SJ. Callosal and subcortical white matter alterations in schizophrenia: A diffusion tensor imaging study at multiple levels. Neuroimage Clin. 2018;20:594–602. doi: 10.1016/j.nicl.2018.08.027

38. Sexton CE, Walhovd KB, Storsve AB, Tamnes CK, Westlye LT, Johansen-Berg H, Fjell AM. Accelerated Changes in White Matter Microstructure during Aging: A Longitudinal Diffusion Tensor Imaging Study. J Neurosci. 2014;46(34):15425–15436. doi: 10.1523/ JNEUROSCI.0203-14.2014

39. Leroux E, Vandevelde A, Tréhout M, Dollfus S. Abnormalities of fronto-subcortical pathways in schizophrenia and the differential impacts of antipsychotic treatment: a DTI-based tractography study. Psychiatry Res Neuroimaging. 2018;(280):22–29. doi: 10.1016/j.pscychresns.2018.08.008

40. Ozcelik-Eroglu E, Ertugrul A, Oguz KK, Has AC, Karahan S, Yazici MK. Effect of clozapine on white matter integrity in patients with schizophrenia: A diffusion tensor imaging study. Psychiatry Res Neuroimaging. 2014;3(223):226–235. doi: 10.1016/j.pscychresns.2014.06.001