Во время приступа мигрени усиливается хаос в передаче мозговых сигналов

Фото из открытых источников

У людей, страдающих мигренью, наблюдается снижение сложности врожденной мозговой активности, что делает их нейронные сети менее адаптивными к повседневным раздражителям. Недавнее исследование, опубликованное в журнале NeuroImage, предполагает, что активный приступ мигрени временно возвращает мозг в более гибкое состояние. Это кратковременное повышение нейронной непредсказуемости открывает новый взгляд на то, как повторяющиеся головные боли изменяют внутренний ритм мозга.

Маджид Сабери из Мичиганского университета возглавил исследование вместе с Александром Ф. ДаСилвой и группой коллег. Они хотели изучить, как внутренняя динамика мозга меняется на протяжении жизни человека, страдающего от повторяющихся головных болей. Мигрень поражает более миллиарда человек во всем мире, вызывая сильную пульсирующую боль в голове, тошноту и сильную чувствительность к свету и звуку.

Всё чаще это состояние рассматривается не просто как проблема сужения кровеносных сосудов, а как широко распространённое нарушение взаимодействия между нейронными сетями головного мозга. Для измерения этого взаимодействия исследовательская группа сосредоточилась на концепции, называемой энтропией мозга. В общей физике энтропия обозначает степень беспорядка или непредсказуемости в физической системе.

В нейробиологии энтропия мозга измеряет сложность и нерегулярность мозговых сигналов. Более высокая энтропия означает, что мозг обладает высокой адаптивностью, эффективно обрабатывает информацию и гибко реагирует на новые условия. Более низкая энтропия указывает на жесткие, ограниченные паттерны мозговой активности, где нейронные связи застряли в предсказуемых циклах.

Представьте себе разговор, в котором участники многократно повторяют один и тот же сценарий, вместо того чтобы адаптироваться к новым темам. В мозге такая негибкость может ограничивать биологическую способность правильно обрабатывать поступающие сенсорные данные или регулировать эмоциональные состояния. Исследователи также хотели оценить, являются ли эти мозговые сигналы чисто случайными или обусловлены хаотической динамикой.

В математике хаос обозначает систему, которая следует строгим правилам поведения, но остается крайне чувствительной к, казалось бы, незначительным изменениям в исходных условиях. Слабо хаотическое состояние мозга предполагает, что нейронные связи образуют сложные паттерны, достаточно гибкие, чтобы вырваться из жестких поведенческих циклов, не скатываясь при этом к полной случайности.

Для изучения этих закономерностей исследовательская группа привлекла 66 взрослых участников. В когорту вошли 24 здоровых взрослых, 25 человек с эпизодической мигренью и 15 человек с хронической мигренью. Эпизодическая мигрень определяется как мигрень, возникающая менее чем 15 дней в месяц, в то время как хроническая мигрень возникает 15 или более дней в месяц и представляет собой более тяжелую форму заболевания.

Исследовательская группа использовала функциональную магнитно-резонансную томографию для отслеживания кровотока в мозге, пока участники спокойно находились внутри сканера с открытыми глазами. Этот специфический подход, называемый сканированием в состоянии покоя, предназначен для регистрации фоновой активности мозга, а не его реакции на конкретную задачу. Составляя карту этого спонтанного поведения, ученые могут оценить базовую связность головного мозга.

Метод визуализации позволяет исследователям наблюдать, какие области мозга поглощают больше всего кислорода, что служит косвенным показателем активной нейронной активности. Затем исследователи рассчитали энтропию, или сложность сигнала, для тысяч крошечных трехмерных кубов мозговой ткани по всему органу.

Результаты показали, что у людей, страдающих мигренью, наблюдалось повсеместное снижение энтропии головного мозга по сравнению со здоровыми взрослыми. Это снижение сложности было наиболее выражено у людей, живущих с хронической мигренью. К пораженным областям мозга относились зрительная сеть, регионы, отвечающие за восприятие окружающего мира, и сеть пассивного режима работы мозга.

Сеть пассивного режима работы мозга — это группа взаимосвязанных областей мозга, которые управляют внутренними мыслями, извлечением информации из памяти и восприятием боли. Исследователи обнаружили, что более длительная история мигрени и более высокая частота головных болей в месяц отражают более резкое снижение энтропии мозга. Эта взаимосвязь указывает на то, что длительное головное расстройство совпадает с всё более ограниченным режимом работы органа.

Когда исследователи изучили точное время проведения сканирования мозга, у группы пациентов с хронической мигренью выявилась другая закономерность. У участников, которых сканировали во время или сразу после приступа мигрени, наблюдалось относительное увеличение энтропии мозга. Это временное увеличение происходило главным образом в областях мозга, отвечающих за мультисенсорную интеграцию.

Эти мультисенсорные области расположены в верхней и задней части мозга и одновременно обрабатывают зрительные, слуховые и физические ощущения, создавая единую картину реальности. Чтобы понять это временное увеличение сложности, исследователи применили математические инструменты для измерения глубинных закономерностей изменений мозговых сигналов. Они рассчитали показатель, известный как наибольший показатель Ляпунова, который определяет, насколько быстро внутреннее поведение системы расходится с течением времени.

Если система имеет положительный показатель степени, это означает, что даже микроскопические различия на начальном этапе приведут к совершенно разным результатам в дальнейшем. Команда обнаружила, что внезапный скачок сложности во время приступа был связан со слабо хаотической динамикой, а не с чистым биологическим шумом. Эта динамическая нестабильность предполагает, что интенсивный нейронный шторм во время приступа мигрени может действовать как биологический переключатель перезагрузки.

Приступ совпадает с временным разрывом чрезмерно жесткого режима работы мозга, позволяя на короткое время вернуться к более хаотичному, гибкому состоянию. Конкретные симптомы, которые испытывал человек, также соответствовали совершенно разным паттернам энтропии мозга. Участники, которые испытывали повышенную чувствительность к звуку во время недавних приступов, демонстрировали повышенную сложность в областях, которые смешивают поступающую сенсорную информацию.

Эта лежащая в основе акустическая аномалия может объяснить, почему повседневные шумы внезапно кажутся невыносимыми и их невозможно игнорировать. Аналогично, у людей, испытывавших сильную тошноту, наблюдалась более высокая энтропия в сети пассивного режима работы мозга. Эта сеть тесно связана с обработкой внутренних телесных ощущений и поддержанием базового ощущения физической нормальности, а это значит, что нарушение коммуникации в этой области может объяснить глубокое физическое недомогание, сопровождающее головную боль.

Для обеспечения точности измерений исследователи учли множество внешних переменных, которые могли исказить данные. Они скорректировали свои математические модели с учетом возраста и пола участников, поскольку эти факторы естественным образом влияют на активность мозга. Команда также убедилась, что незначительные движения головы во время сканирования не искажают искусственно показания энтропии.

Дополнительные тесты подтвердили, что общая тяжесть депрессивных симптомов не объясняет основные различия в структуре мозга, наблюдаемые в разных группах. Однако исследование имеет некоторые методологические ограничения. Общее количество участников было небольшим, что затрудняет формулирование общих выводов обо всех вариантах мигрени.

Кроме того, в рамках проекта для каждого участника был зафиксирован лишь один момент времени, а не проводилось непрерывное отслеживание мозговых волн. Поскольку исследование не охватывало всех участников на протяжении всего периода мигрени — от начала и пика до её разрешения — точная последовательность событий остаётся несколько абстрактной. Результаты, касающиеся конкретных симптомов, также носили исследовательский характер.

Исследователи не обнаружили статистически значимых различий между группами по симптомам, которые могли бы выдержать определенные строгие математические корректировки, а это значит, что эти конкретные связи требуют независимой проверки. Ученые надеются провести повторные обследования, отслеживая состояние пациентов в течение длительного периода. Наблюдая за изменениями в мозге в режиме реального времени, они стремятся точно определить, как возникают и в конечном итоге исчезают эти хаотичные состояния.

Подобная работа в конечном итоге может выявить новые мишени для методов лечения, которые безопасно восстановят гибкость мозга, не вызывая мучительной боли, характерной для полноценного приступа мигрени.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний