Нейронный баланс в мозге связан со зрелостью мозга и лучшими когнитивными способностями

В мире, где внешние и внутренние раздражители могут вывести из равновесия все системы нашего организма, как наш мозг предотвращает чрезмерное возбуждение?

Ответ кроется в способности мозга поддерживать баланс нейронного возбуждения (E) и торможения (I), известный как соотношение E/I. Регулируя соотношение E/I, мозг предотвращает перестимуляцию и недостимуляцию.

Соотношение E/I у детей уменьшается по мере здорового развития. Согласно исследованиям ученых из Центра сна и познания при Медицинской школе Йонг Лу Лин (NUS Medicine), дети с более низким соотношением E/I демонстрируют более высокие результаты, чем их сверстники, в таких когнитивных тестах, как память и интеллект.

Для того чтобы установить значимые связи между соотношением E/I и созреванием мозга, исследовательская группа под руководством аспиранта четвертого года обучения Чжан Шаоши, доцента Томаса Йео из Центра сна и познания Медицинской школы NUS, Доцент Барт Ларсен из Университета Миннесоты и доцент Теодор Саттертвейт из Университета Пенсильвании изучили, как меняется соотношение E/I у подростков, изучив снимки МРТ мозга 885 детей, подростков и молодых людей из Соединенных Штатов Америки и 154 детей из Сингапура. Соотношение E/I - это аспект, который постоянно меняется и развивается в детском и подростковом возрасте. Данные по сингапурской когорте были получены из GUSTO, крупнейшего и наиболее полного сингапурского исследования когорты новорожденных, цель которого - помочь следующему поколению стать более здоровым.

Исследователи обнаружили, что слишком сильное возбуждение или чрезмерное торможение может быть вредным, приводя к повышенному риску развития таких заболеваний мозга, как аутизм, болезнь Альцгеймера и шизофрения. В менее серьезных ситуациях человек с чрезмерным возбуждением может слишком много думать в социальных ситуациях, что приводит к тревоге. Распространенным препаратом для уменьшения симптомов тревоги является ксанакс, который усиливает нейронное торможение, тем самым уменьшая нейронное возбуждение. В более серьезных ситуациях чрезмерное возбуждение может вызвать эпилептический припадок.

На противоположном конце спектра слишком сильное торможение указывает на отсутствие мозговой активности, что фактически вводит человека в вегетативное состояние. Поэтому торможение необходимо, чтобы уравновесить возбуждение. В целом, сбалансированное соотношение E/I важно для хорошо функционирующего мозга.

Несмотря на важность E/I для здоровья мозга, измерить его соотношение в человеческом мозге без использования инвазивных методов довольно сложно. Поэтому команда разработала методику, сочетающую искусственный интеллект и биофизическое моделирование, чтобы определить соотношение E/I по неинвазивным, нерадиоактивным снимкам МРТ. Команда продемонстрировала достоверность своих оценок соотношения E/I с помощью эксперимента, в ходе которого участники принимали противотревожные препараты (Xanax) или плацебо.

Гипотеза команды заключается в том, что после приема Ксанакса торможение усиливается, поэтому общее соотношение E/I уменьшается. Чтобы проверить эту гипотезу, команда исследователей просканировала здоровых людей в двух отдельных случаях. Перед одним сеансом МРТ участнику давали ксанакс, а перед другим - плацебо. Для одних участников ксанакс может быть введен в первом сеансе, для других - во втором. Все участники эксперимента не были осведомлены о том, вводилось ли во время сеанса МРТ плацебо или противотревожный препарат. Команда обнаружила, что оценочные показатели соотношения E/I действительно были ниже после того, как участники принимали ксанакс, по сравнению с плацебо, и таким образом подтвердили правильность своей методики. Затем группа исследователей при помощи МРТ-сканирования мозга изучила развитие мозга на большой выборке из более чем 1000 детей, подростков и молодых людей из Сингапура и Соединенных Штатов Америки. Они обнаружили, что соотношение E/I уменьшается по мере здорового развития. Далее, чтобы установить связь между соотношением E/I и когнитивными функциями, команда разделила участников в возрасте от 7 до 23 лет на группы с высокими и низкими показателями, основываясь на их оценках по определенным когнитивным тестам. Они обнаружили, что в группах с высокими показателями соотношение E/I было ниже, чем у их сверстников того же возраста, что говорит о том, что когнитивные способности улучшаются по мере созревания соотношения E/I в процессе развития.

Помимо изучения нейроразвития, команда стремится применить свой подход для получения механистического понимания различных расстройств мозга, изучая, как соотношение E/I различается между здоровыми участниками и пациентами с психическими расстройствами. Команда также намерена изучить, как соотношение E/I меняется с возрастом, чтобы получить представление о нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.

telegram - https://t.me/+jZDdzwS_JsgxODI6

https://t.me/psycho_sc