Эпилепсия поражает более 50 миллионов человек во всём мире. Для большинства людей это заболевание ассоциируется прежде всего с судорожными приступами — внезапными всплесками патологической электрической активности мозга. Однако значительная часть процессов остаётся скрытой. В межприступный период в головном мозге часто возникают кратковременные электрические всплески, известные как интериктальные эпилептиформные разряды (IED). Это явление может происходить сотни или даже тысячи раз в течение дня. Несмотря на то, что пациенты редко их замечают, они представляют риск для здоровья: даже при хорошем контроле приступов IED вызывают кратковременные эпизоды спутанности сознания и нарушения памяти.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, предлагает иное объяснение феномена IED. С помощью миниатюрных зондов Neuropixels исследователи зарегистрировали активность отдельных нейронов в глубинных структурах мозга пациентов с эпилепсией. Было установлено, что эта электрическая активность не является хаотичной, а представляет собой процесс, подчинённый чётким закономерностям.
Экспериментальный процесс
Команда Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) под руководством Джонатана Клина и Эдварда Чанга наблюдала четырёх пациентов. Все участники проходили хирургическое лечение по поводу фармакорезистентной (лекарственно устойчивой) эпилепсии.
Исследователи имплантировали микроскопические зонды Neuropixels — толщиной примерно с человеческий волос — непосредственно в ткань мозга, идентифицированную как источник приступов. В рамках терапевтической стратегии этот участок впоследствии был полностью резецирован. Каждое устройство одновременно регистрировало активность до 189 нейронов в различных слоях мозга. Благодаря этому методу удалось зафиксировать сотни IED в локализованных зонах.
Учёные классифицировали электрические разряды по типам нейронов, выделяя клетки с высокой частотой спайков (вероятно, ингибиторные) и клетки с регулярной активностью (вероятно, возбуждающие). Синхронизируя записи с пиковыми моментами каждого IED, исследователи детально реконструировали предразрядное состояние, динамику развития и постиктальные фазы.
Ключевые результаты
В отличие от гипотез, основанных на ранних исследованиях на животных, IED не являются результатом одновременного синхронного разряда нейронов. Было показано, что различные популяции нейронов активируются в строго определённой последовательности, продолжающейся около двух секунд. Выделены три основные модели нейронной динамики:
Первая группа (ранняя активация): Преимущественно состоит из клеток с регулярной активностью, локализованных в поверхностных слоях мозга, и достигает максимальной активности на пике IED.
Вторая группа (подавленные нейроны): Содержит преимущественно высокочастотные (ингибиторные) нейроны, которые активируются на начальном этапе, но затем демонстрируют резкое снижение активности.
Нейроны поздней активации: Начинают активироваться непосредственно во время эпилептиформного события и сохраняют активность после его завершения.
Этот процесс приводит к нарушению баланса между возбуждением и торможением. В частности, примерно за одну секунду до патологического разряда ингибирующие механизмы существенно ослабевают. Как только тормозная функция нарушается, активность возбуждающих нейронов резко возрастает.
Важно отметить, что в норме эти клетки участвуют в базовых функциях, таких как обработка вербальной информации и синхронизация с эндогенными ритмами мозга. Однако при формировании IED нейроны выходят из этих функциональных связей, что приводит к спонтанным когнитивным нарушениям. Ярким примером является замедление времени реакции, зафиксированное у одного из пациентов при выполнении вербального задания.
Ключевым достижением исследования стала возможность прогнозирования IED на основе нейронной активности. Разработанные вычислительные модели позволили выявлять патологический разряд за 500–1000 миллисекунд до его начала. Этот показатель значительно превосходит возможности существующих технологий, которые реагируют только после достижения пиковых значений активности. Более того, модели успешно предсказывали особенно интенсивные разряды, возникающие сериями и оказывающие наиболее выраженное негативное влияние на когнитивное состояние пациента.
Как это меняет подход к лечению?
Современные нейростимуляторы распознают IED с определённой задержкой и ежедневно генерируют тысячи электрических импульсов в ответ. Несмотря на то, что такие устройства снижают частоту приступов в среднем на 75% при длительном применении, полное исчезновение симптомов наблюдается лишь у небольшой части пациентов.
Фармакологические методы в основном направлены на предотвращение клинических приступов, а не на подавление самих эпилептиформных разрядов, что может сопровождаться побочными эффектами, такими как когнитивное снижение или ощущение «затуманенности сознания».
Результаты данного исследования открывают путь к разработке проактивной стратегии лечения эпилепсии. Она предполагает прерывание патологической нейронной цепи за счёт стимуляции, начинающейся за одну секунду до развития разряда. Для подавления начальных патологических процессов предлагается таргетированная стимуляция поверхностных слоёв мозга, а для усиления тормозных механизмов — более глубоких структур. Конечной целью является снижение скрытой когнитивной нагрузки эпилепсии у миллионов пациентов.
Источник: Nature Neuroscience
