Причины нарушений развития мозга

Аномальное развитие нервной системы не обязательно возникает вследствие повреждения внешними силами. Известно, что некоторые генетические нарушения могут приводить к нарушениям развития мозга, а значит, влиять на его строение и функционирование.

Расщепление позвоночника, или спина бифида (Spina bifida), — это состояние, при котором происходит неполное закрытие нервной трубки вследствие генетического сбоя, из-за чего спинной мозг не может сформироваться полностью. Если после рождения не провести лечение с применением фолиевой кислоты, то у детей с расщеплением позвоночника обычно возникают серьезные двигательные нарушения.

Представьте, что произойдет, если какой-то генетический сбой приведет к неправильному закрытию переднего конца нервной трубки. Поскольку из переднего конца нервной трубки образуется головной мозг (рис. ниже), то такой сбой приводит к серьезным аномалиям в развитии мозга, известным как анэнцефалия. Младенцы с анэнцефалией умирают вскоре после рождения.

Формирование нервной трубки. Длинное углубление, или желобок нервной трубки, сначала формируется в нервной пластинке. К 21-му дню, помимо желобка нервной трубки можно увидеть примитивный мозг. На 23-й день развития уже можно увидеть формирование нервной трубки, которая образуется при прогибании нервной пластинки внутрь по всей длине дорсальной поверхности эмбриона.

Нарушения развития мозга могут происходить на более тонком уровне, чем анэнцефалия. Например, если нарушается миграция клеток и эти клетки впоследствии не умирают, они могут нарушить функцию мозга и привести к широкому диапазону расстройств поведения: от эпилептических припадков до шизофрении (см. обзор Guerrini et al., 2007). В других ситуациях может нарушаться дифференцировка нейронов.

В некоторых случаях в нейронах нарушается образование длинных дендритов или шипиков, что приводит к формированию аномальных связей в мозге и нарушению его развития.

Возможна и обратная ситуация, при которой нейроны продолжают образовывать дендриты и формировать связи с другими клетками до тех пор, пока не станут огромными. Функциональные последствия от таких сформированных связей могут быть разрушительными. Возбуждающие синапсы, если расположены в неправильном месте, препятствуют нормальному функционированию нейрона.

Незначительные аномалии развития могут иметь тяжелые или даже смертельные последствия. Из-за синдрома внезапной детской смерти (СВДС), характеризующегося необъяснимой смертью во сне внешне здоровых младенцев в возрасте до 1 года, ежегодно только в Соединенных Штатах погибают около 2500 детей. Патологоанатомические исследования указывают, что жертвы СВДС с большей вероятностью, чем другие младенцы, имеют особый вариант гена, повышающего активность переносчика серотонина.

В норме серотонинергическая система помогает стимулировать дыхание, воздействуя на звенья механизма, реагирующего на высокий уровень углекислого газа в крови, запуская процесс его удаления.

У младенцев, которые умерли в результате СВДС, серотонин выводился из синаптической щели быстрее, чем в норме. В результате этого серотонин оказывался неэффективным регулятором столь опасного для жизни события — накопления углекислого газа во время сна. Младенцы могли вдохнуть высокие концентрации углекислого газа, который, например, мог скопиться в их постели, и задохнуться.

Помимо нарушения работы переносчика серотонина, Дэвид Патерсон и его коллеги (2006) обнаружили аномально низкую плотность 5-НТ_1A-рецепторов в мозге жертв СВДС. Исследователи выявили меньшую плотность 5-НТ_1A-рецепторов у мальчиков по сравнению с девочками, что коррелирует с более высокой смертностью от СВДС у представителей мужского пола.

Ханна Кинни (2009) предполагает, что первично рост числа 5-НТ-клеток происходит по неизвестным причинам во время внутриутробного развития и усиливается неблагоприятными пренатальными воздействиями: алкоголем, никотином и/или другими факторами. Этот приводит к изменениям 5-НТ_1A-реценторов.

Любопытным последствием аномального развития мозга является то, что поведенческие эффекты могут проявляться только тогда, когда мозг созревает и сформировавшиеся области начинают играть более весомую роль в поведении. Особенно четко это видно на примере травмы лобной доли. Лобные доли продолжают развиваться даже во взрослом возрасте, и часто только в подростковом возрасте последствия патологического развития долей становятся заметными.

Шизофрения — это заболевание, которое характеризуется медленным развитием и обычно не проявляется до позднего подросткового возраста. В разделе «Клинические аспекты: Шизофрения», рассматривается процесс развития болезни и ее возможные причины.

а) Расстройства развития. Аномальное развитие мозга сопровождается нарушением когнитивных процессов. Эти нарушения могут варьировать от легких, позволяющих вести почти нормальный образ жизни, до тяжелых, в результате которых человеку необходим постоянный уход. Нарушения развития могут возникать вследствие хронической нехватки питательных веществ, генетических нарушений (например, синдром Дауна), гормональных сбоев, травм головного мозга или неврологических заболеваний (табл. 3).

Разные причины могут вызвать различные нарушения в организации мозга, но критическое сходство между всеми типами нарушений в том, что в итоге мозг функционирует неправильно.

Доминик Пурпура (1974) провел одно из немногих систематических исследований мозга у детей с нарушениями развития. Пурпура использовал окраску по Гольджи для исследования нейронов мозга детей, умерших в результате несчастного случая или болезни, не связанной с нервной системой. При исследовании мозга детей с различными формами умственной отсталости он обнаружил, что дендриты нейронов в коре мозга таких детей недоразвиты, а число шипиков в них довольно мало по сравнению с нейронами детей с нормальным интеллектом (рис. нижн).

Контраст в строении нейрона. Типичные дендритные ветви нейронов коры головного мозга ребенка с нормальным уровнем интеллекта (слева) и ребенка с отклонениями в развитии (справа), чьи дендриты тоньше и имеют гораздо меньшее число шипиков.

Более простая нейронная структура, вероятно, свидетельствует о заметном сокращении количества нейрональных связей в мозге, что, предположительно, и привело к нарушениям развития.

Различия как в природе, так и в степени аномалий строения и функционирования головного мозга у разных детей могут приводить к различным поведенческим синдромам. Кроме того, аномалия, возникшая во время развития в одной системе, может влиять и на другие системы, вызывая в них новые аномалии. Например, у детей с рецидивирующими ушными инфекциями часто наблюдается задержка развития слуха, что, в свою очередь, может замедлить развитие речи.

Аналогично стресс в раннем периоде развития может повлиять на формирование и созревание мозга, что, в свою очередь, может повысить его чувствительность к стрессовым факторам в подростковом возрасте.

б) Клинические аспекты: Шизофрения. «Когда г-же Т. было 16 лет, у нее появились первые симптомы шизофрении: ей казалось, будто все люди смотрят на нее. Из-за чувства неловкости во время приступов она вскоре прекратила играть на фортепиано на публике. Чувство неловкости затем переросло в отстраненность, а затем появились ужасные иллюзии, в которых другие люди говорят о ней за ее спиной, и, наконец, подозрения, что они хотят причинить ей вред.

Сначала болезнь г-жи Т. проявлялась периодически, возвращение нормального психического состояния между эпизодами болезни позволило ей закончить несколько курсов колледжа, выйти замуж и родить троих детей. Она впервые попала в больницу с диагнозом шизофрения в 28 лет, после рождения третьего ребенка, когда у нее начались галлюцинации.

Сейчас, в свои 45 лет, у г-жи Т. почти не бывает периодов полного возвращения к нормальному психическому состоянию. Она видела динозавров на улице и живых животных в своем холодильнике. Во время галлюцинаций она говорит и пишет бессвязно, но почти поэтично. Временами ее сознание проясняется, но даже тогда голоса, которые она постоянно слышит, заставляют ее совершать опасные поступки (например, в одной ночной сорочке мчаться по шоссе посреди ночи)...

Кроме того, у г-жи Т. без каких-либо видимых причин бывают странные зрительные галлюцинации. Например, она увидела херувимов в продуктовом магазине. Все эти переживания заставляют ее чувствовать себя рассеянной, смущенной и напуганной. Из-за этого она не способна выполнять такие простые повседневные задачи, как приготовление пищи или игра на фортепиано». (Gershon & Rieder, 1992, р. 127.)

Всегда было легче диагностировать шизофреническое поведение, чем дать определение шизофрении. Возможно, одним из общепринятых критериев диагноза является отсутствие других неврологических или аффективных расстройств, которые могут привести к потере человеком контакта с реальностью (то есть определение по умолчанию).

Ориентация пирамидных клеток в гиппокампе здорового мозга (А) и мозга шизофреника (В).

Считают, что шизофрения возникает вследствие нарушения развития мозга, поскольку ее симптомы обычно проявляются в подростковом или раннем взрослом возрасте. Полагают, что симптомы являются следствием событий, произошедших на ранней стадии развития, и отражают сочетание генетического и экологического воздействия на развивающийся мозг. Было высказано предположение, что несколько генов запускают каскад нейропатологических событий, которые начинаются во время беременности и прогрессируют в подростковом и взрослом возрасте, где на них начинают влиять факторы окружающей среды (см. обзор Rapoport et al., 2012).

Симптомы шизофрении сильно различаются, это позволяет предположить, что биологическая основа заболевания варьирует от человека к человеку. Для большинства пациентов с шизофренией характерен довольно стабильный уровень психического состояния, который достигается через несколько лет после появления первых симптомов. В настоящее время существует немного доказательств значительного снижения нейропсихологического функционирования. Симптомы носят преходящий характер, как у г-жи Т., но после нескольких первых эпизодов их тяжесть остается практически постоянной.

Мозг пациентов с шизофренией исследовали в многочисленных работах с использованием МРТ, компьютерной томографии и аутопсии. И хотя были получены весьма разнородные данные, большинство исследователей сходятся во мнении, что мозг шизофреников весит меньше нормы и имеет увеличенные желудочки. Результаты исследований показывают, что у человека с шизофренией лобные доли по размеру меньше (или, по крайней мере, меньшим является число нейронов в префронтальной коре) и более тонкие парагиппокампальные извилины. К тому же, появление симптомов заболевания, возможно, связано с прогрессирующими аномалиями строения серого вещества, особенно на ранних его стадиях (см. обзор Dietsche et al., 2017).

Джойс Ковельман и Арнольд Шейбель (1984) обнаружили отклонения в ориентации нейронов гиппокампа у людей с шизофренией. В отличие от единообразной параллельной ориентации нейронов в этой области, характерной для здорового мозга, мозг шизофреников имеет более хаотичную организацию, как показано на рисунках ниже.

в) У какого числа людей мозг в итоге развит нормально? Когда мы говорим о сложности организации работы мозга, неточностях процесса его развития и бесчисленном множестве факторов, на это влияющих (от СЭС до бактерий в кишечнике), остается только удивляться, каким образом у большинства из нас в конечном итоге сохраняется вполне нормальный мозг. У всех людей, конечно же, были нейроны, которые мигрировали в неправильные области мозга, устанавливали неправильные связи между собой, подвергались воздействию вирусов или других вредных веществ. Если бы мозг был таким хрупким, как кажется на первый взгляд, то получить в итоге нормальный мозг было бы нереально.

По-видимому, в процессе эволюции у животных развилась важная способность исправлять незначительные отклонения в развитии. Развитие большинства людей можно охарактеризовать как нормальное, так как пластичность человеческого мозга и его регенеративные свойства способны преодолевать незначительные отклонения. Исходное перепроизводство нейронов и синапсов позволяет мозгу в дальнейшем исправлять ошибки, возникшие случайно.

Позже та же пластичность позволяет справляться с разрушительными последствиями старения. Нейроны погибают на протяжении всей нашей жизни. К 60 годам исследователи должны были бы увидеть значительные последствия от такой потери клеток, в особенности с учетом совокупного воздействия токсинов, факторов окружающей среды, лекарств, черепно-мозговых травм и нервных нарушений. Но этого не происходит.

Хотя некоторые подростки могут не согласиться с тем, что относительно небольшое число 60-летних людей страдают слабоумием. Согласно большинству критериев, 60-летние люди, проявляющие интеллектуальную активность на протяжении всей жизни, как правило, будут мудрее 18-летнего молодого человека, чей мозг к этому моменту утратил намного меньше нейронов. Так, 60-летний шахматист провел за свою жизнь гораздо больше шахматных матчей, игровые стратегии которых составляют основу его опыта, чем его 18-летний соперник. Кроме того, раннее начало обучению музыке или освоение второго языка, по-видимому, частично защищает мозг от дегенеративных нервных заболеваний, таких как деменция.

Очевидно, существует некий механизм, который компенсирует потерю или незначительное повреждение клеток нашего мозга. Эта способность к пластичности и изменениям, к адаптации и обучению, возможно, является наиболее важной характеристикой человеческого мозга в процессе его развития и на протяжении всей жизни.

г) Закрепление изученного. Прежде чем продолжить, проверьте себя.
1. Повреждения головного мозга с большей вероятностью ведут к развитию атипичного мозга, если они происходят в ________ периоды развития.
2. Патологоанатомические исследования показали, что ________ — необъяснимая смерть во сне внешне здорового младенца может быть связана с появлением варианта гена, повышающего активность переносчика серотонина.
3. Исследования Хебба на животных, выращенных в темноте, показывают, что отсутствие ________ стимуляции может повлиять на развитие мозга.
4. Объясните, почему, несмотря на то что нейроны умирают на протяжении всей нашей жизни, исследователи не обнаруживают значительных эффектов от потери клеток в мозге людей в возрасте 50-60 лет.
5. Почему влияние опыта, приобретенного отцом до зачатия, может оказывать более сильное влияние на потомство, чем опыт матери?

д) Ответы на вопросы для самоконтроля:
1. Критические.
2. Синдром внезапной детской смерти (СВДС).
3. Зрительной или сенсорной.
4. Головной мозг сохраняет пластичность, или способность меняться, адаптироваться и обучаться, на протяжении всей жизни человека.
5. В женском организме яйцеклетки формируются на ранних стадиях онтогенеза, они мало подвержены изменениям под воздействием пережитого опыта; сперматозоиды постоянно обновляются, а экспрессия генов сперматозоидов с большей вероятностью может быть подвержена изменениям вследствие пережитого опыта, и соответствующие изменения могут быть переданы всем клеткам зародышевой линии.

- Читать далее "Резюме по развитию и адаптации нервной системы"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 10.9.2023