Интервью с Татьяной Строгановой
«Кот Шрёдингера» №1–2 (15–16), 2016
Работа учёных, которые выбрали объектом исследований мозг, похожа на труд горняков. Проложить путь сквозь неподатливую породу можно только навалившись на дело сообща и не отступая, как бы тяжело ни было. «Кот Шрёдингера» поговорил с одним из таких исследователей — нейробиологом Татьяной Строгановой, которая ищет метод точной диагностики аутизма и вместе с коллегами почти докопала до выхода.
За забитой дверью
[Кот Шрёдингера] Клеточные биологи копаются в нейронах, нейропсихологи занимаются когнитивными функциями, но, по сути, все работают с мозгом. Как это вообще возможно, ведь задачи у всех разные?
[Татьяна Строганова] Видите ли, если вы хотите изучать мозг, неважно в какой роли — генетика, клеточного биолога, нейропсихолога или нейрофизиолога, — вы должны будете понять всю систему, от самых основ, отдельных нейронов и их устройства, до человека в целом, его чувств и способностей. А на полпути от клетки к человеку находятся животные. Ну, вы понимаете: к ним в мозг влезть проще. И если вы туда влезете и поймёте крысу, то и человека, скорее всего, поймёте. Нам так говорили на кафедре высшей нервной деятельности биофака МГУ, и я до сих пор считаю, что лучше, чем там, исследовать мозг нигде не учили и не учат.
[КШ] Но даже если учёный видит картину в целом и решает конкретную задачу совместно с другими специалистами, он ведь всё равно делает только свой кусок работы. В вашем случае это что?
[ТС] Тема моего исследования определила место, куда я пошла сразу после биофака. Это был Институт мозга РАМН, а точнее, лаборатория, которая занималась ранним развитием мозга животных. Моим научным руководителем была Раиса Поликанина — она единственная в этой лаборатории, да и вообще в СССР, исследовала мозг новорождённых детей при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ).
[КШ] Было не слишком сложно? Только что из университета и сразу такая ответственность — работа с младенцами.
[ТС] Нет, с этим проблем не было: я в начале пятого курса родила дочку, так что опыт общения с малышами у меня имелся. Трудность была в другом: месяца через три после того, как я начала там работать, моего научрука отправили на пенсию. И я осталась без наставника — без человека, который в том числе поставил бы мне задачу, — один на один с этой очень непростой областью, хотя и самой области тогда, по сути, не было. Повторю, кроме Поликаниной такими исследованиями никто в стране не занимался. Ну, то есть полный караул...
[КШ] Но вы это дело не оставили.
[ТС] Нет, хотя сомнения были. Есть во мне что-то, что заставляет не искать лучшей жизни, а упорствовать, даже когда свет в конце туннеля не виден и ты будто долбишься в наглухо забитую дверь. Так я прожила года четыре.
И в итоге моё терпение было вознаграждено. В институт пришёл известный невролог Левон Бадалян, который решил, что мы должны заниматься больными детьми. Он был достаточно влиятельным учёным и организовал хорошую клиническую практику, поставил новые энцефалографы. У меня появилась возможность самостоятельно делать ЭЭГ новорождённым, в том числе младенцам с аутизмом. С этого началось всё самое интересное — сложные и невероятные путешествия по лабиринтам человеческого мозга.
Ритмичный мозг
[КШ] Что именно показывает ЭЭГ и что по этим данным можно сказать о работе мозга?
[ТС] Сама методика появилась в 1929 году. Немецкий психиатр Ганс Бергер, приложив электрод к голове пациента, обнаружил, что мозг генерирует электрическую активность, имеющую ритмическую природу, — это почти синусоидальный процесс. То есть по нейронам проходит сигнал, который осциллирует — колеблется, как волна. Тогда же Бергер открыл альфа-ритм, то есть, по сути, измерил частоту колебания проходящей по нейронам электрической волны: 8–14 Гц. После было открыто ещё множество подобных ритмов. Вот эти колебания мы сейчас и изучаем при помощи электроэнцефалографии. Что говорят ритмы о работе мозга? Возьмём, к примеру, тот же альфа-ритм — вскоре после открытия Бергера выяснилось, что этот ритм создаётся зрительной корой мозга, которая находится в затылочной доле, то есть это зрительный ритм, он показывает изменения, происходящие в мозге при зрительной нагрузке.
В 1929 году психиатр Ганс Бергер, приложив электрод к голове пациента, обнаружил, что мозг генерирует ритмичную электрическую активность.
[КШ] И что это значит?
[ТС] Альфа-ритм исчезает, когда зрительные нейроны начинают заниматься своим делом. Иными словами, если им надо прицельно и точно обрабатывать зрительную информацию, они рассинхронизируются. А синхронное колебание в альфа-ритме указывает на неактивное состояние, которое называется инактивацией. Причин тут может быть две. Во-первых, возможно, зрительная информация просто не поступает. Во-вторых, бывает усиленная инактивация, заставляющая зрительную систему «заткнуться», поскольку обработка визуальной информации мешает в этот момент выполнению какой-то другой, более важной задачи.
 |
[КШ] А есть ритмы, которые отражают работу слуха, двигательную активность?
[ТС] Конечно! Аналогичный мозговой ритм существует в сенсомоторной системе — это мю-ритм. Когда вы двигаетесь, он отсутствует, но если замираете, появляется. Или вот понагляднее пример: если кошка следит за мышью, которая должна появиться из норки, у хищницы регистрируется мю-ритм — даже при наличии небольшого притока сенсомоторной информации. Его обработка подавляется, потому что главное в этот момент — анализировать визуальные и аудиообразы. В слуховой системе это называется тау-ритм. В общем, в каждой сенсорной системе есть свой ритм инактивации.
[КШ] Вы говорите об этом как об общеизвестном факте, но наверняка понимание этих процессов стало результатом многочисленных сложных исследований.
[ТС] Не без этого, конечно. Регуляторную инактивацию подробнейшим образом исследовали на животных. И когда я только начинала заниматься изучением мозга грудных детей, про эти ритмы далеко не всё ещё было понятно. Первое, что я увидела, — сенсомоторный мю-ритм, он возникал, когда мои испытуемые напряжённо наблюдали за манипуляциями с игрушками. Это было потрясающе, потому что раньше этот ритм мало кто описывал. Более того, многие принимали его за альфа-ритм. Но ведь альфа-ритм как раз блокируется при активной обработке зрительной информации! В общем, тогда в этих вопросах была полная сумятица: никто не понимал, что же означают эти ритмы. И я решила, что должна навести порядок.
Концентрированное внимание
[КШ] И что вы открыли, когда взялись наводить порядок?
[ТС] Ещё один ритм, связанный с памятью и эмоциями, — тета-ритм. У взрослого человека он довольно слабый. При этом в экспериментальных условиях трудно вызвать состояния, которые его обеспечивают, а значит, его очень сложно распознать. Тета-ритм сигнализирует о высоком уровне умственного напряжения, которое возникает, когда мозг начинает онлайн извлекать информацию из первичной памяти.
[КШ] Какая же функция инактивируется при работе этого ритма?
[ТС] Когда человек концентрируется на обработке конкретной информации здесь и сейчас, возникает тета-ритм, и все лишние сведения отбрасываются. Мы исследовали взрослых и младенцев. Так вот, у взрослого человека на спектральном анализе ЭЭГ этот ритм почти незаметен, а у грудничка наблюдаются мощные, почти синусоидальные тета-ритмы в течение 2–3 минут. Когда мы обнародовали это исследование, скептики сказали: «Вы эпилептические судороги у малышей записываете, а не настоящий ритм — такой синхронизации просто быть не может!»
[КШ] Почему тета-ритм так активен именно у младенцев?
[ТС] Малыши умеют так сильно концентрировать внимание, как нам, взрослым, и не снилось! Например, когда ребёнок сосёт палец или грудь, у него регистрируется бешеный тета-ритм, и в это время никакая другая информация не обрабатывается. Детям ведь не нужно держать в голове столько же информации, сколько взрослому, за них думают родители. Способность к столь мощной концентрации внимания с возрастом утрачивается. Не так давно выяснилось, что это связано с нейрохимией мозга, которая фантастически меняется со временем.
Младенцы умеют так сильно концентрировать внимание, как взрослым и не снилось! Например, когда сосут палец или грудь.
[КШ] И даже медитация не способна вызвать у взрослых такие ритмы?
[ТС] Ну, на самом деле есть особые типы медитации, при которых появляются тета-ритмы. Но они далеко не такие сильные, как у грудничков. А знаете, когда у них бывает самый крутой тета-ритм?
 |
[КШ] Нет. Когда же?
[ТС] Когда ребёнок 4–5 месяцев от роду видит лицо взрослого и слышит, как тот ему что-то говорит Он, конечно, не понимает, что ему там вещают, но очень концентрируется. А ещё когда малыш играет с погремушками и кубиками.
[КШ] Каким способом вы вызывали у детей тета-ритм во время исследований?
[ТС] Мы играли с ними в «ку-ку». Один человек следил за энцефалографом, а другой развлекал ребёнка — появлялся из-за экрана, говорил: «Ку-ку! Ты меня ждёшь?» и снова прятался. Если повторить такое несколько раз, появление взрослого становится предсказуемым — малыш знает, что дядя или тётя скоро высунется, чтобы сказать своё заветное «ку-ку», и начинает концентрировать внимание на пустом пространстве. Это открытие казалось нам фантастическим! Взрослого нет, но малыш извлекает его образ из памяти, и именно ожидание весёлого научного сотрудника управляет вниманием ребёнка, а не сенсорное окружение.
[КШ] Наверняка все дети концентрируют внимание по-разному, как тут соблюсти чистоту эксперимента?
[ТС] Ну да, по-разному. У одного может быть замечательное настроение, и учёные ему сразу понравятся — такой малыш будет быстро концентрироваться. А другого вы еле успокоили — он, конечно же, не сможет и не станет ни на чём удерживать внимание. Поэтому все измерения нужно проводить под нагрузкой. Что это значит? Во-первых, мы наблюдали за близнецами, максимально похожими по всем параметрам. Во-вторых, создавали условия, при которых эти детишки пребывали в одинаковом эмоциональном состоянии. Это сложно, и зачастую исследователи, снимающие ЭЭГ для анализа мозговой активности грудничков, не понимают, что, не уравняв поведенческие реакции испытуемых, они не имеют права анализировать информацию о ритмах.
Аутизм искусственный и настоящий
[КШ] Может ли тета-ритм генерироваться, когда ребёнок просто сидит, ничего не делая и ничего не ожидая от окружающих?
[ТС] Да, такое происходит при различных генетических поломках. Кора вступает во взаимодействие с резервуаром памяти без каких-либо причин, просто так. В этом случае мы можем зарегистрировать спонтанный тета-ритм. Ритмы — это всегда отфильтровывание ненужного, а тут возникает эффект «занятой линии».
[КШ] Это выяснили именно вы?
[ТС] Да, вместе с коллегой из Европы. В 2006 году в нашем НИИ мозга возникла идея сравнить тета-ритмы здоровых детей и детей-аутистов. Мы исследовали 25 аутистов и 25 здоровых ребятишек 3–5 лет в Москве и такую же выборку в Гётеборге. Там, в Швеции, работала Лена Орехова, моя давняя знакомая. Мы изучали тета-ритмы под разными нагрузками. И оказалось, что небольшая часть детей-аутистов в обеих выборках (у меня два ребёнка, у Лены пять) имеет эти спонтанные ритмы.
[КШ] А другие мозговые ритмы у детей-аутистов чем-то отличаются?
[ТС] В ходе того же эксперимента мы обнаружили интересную вещь. Основное различие между здоровыми и аутистами в обеих выборках заключалось в том, что у аутистов были увеличены очень странные ритмы, на которые раньше мало кто обращал внимание. Это высокочастотные гамма-ритмы. Впервые они были зарегистрированы лет пятнадцать назад при помощи той же ЭЭГ.
[КШ] Почему их раньше не замечали?
[ТС] Гамма-ритмы с трудом поддаются фиксации. Мышцы черепа генерируют собственную электрическую активность, которая смешивается с ритмами и сбивает с толку исследователей. Но нам удалось обойти эти препятствия — работа вызвала огромный интерес у научного сообщества.
Гамма-ритмы плохо распознаются. Мышцы черепа имеют собственную электрическую активность, которая смешивается с ритмами и сбивает с толку учёных.
[КШ] Что представляют собой гамма-ритмы и для чего они нужны?
[ТС] Это чрезвычайно интересное свойство любой нервной ткани. Если взять её, не повредив внутреннюю структуру, и поместить в чашку Петри, обеспечить условия для жизнедеятельности, мы обнаружим, что ткань выдаёт синусоиду, то есть продолжает генерировать колебания — это и есть гамма-ритм.
[КШ] И он никак не связан с ощущениями, мыслями?
[ТС] Никак. В отличие от других ритмов — альфа, мю, тета и прочих, — гамма-ритм присущ самой нервной ткани. Она состоит из возбуждающих и тормозных нейронов. Когда первые активны, они заставляют работать и тормозные нейроны. А те в свою очередь дают обратную связь и тормозят возбуждающие нейроны. Такая система естественным образом генерирует синусоиду.
[КШ] О чём свидетельствуют гамма-ритмы ребёнка-аутиста, какие они?
[ТС] Если торможение слабее возбуждения, гамма-ритм будет возникать спонтанно, причём тогда, когда его не должно быть. Исследования с применением более точного, чем ЭЭГ, метода магнитоэнцефалографии показывают, что практически у всех аутистов мозг перевозбуждён.
[КШ] На чём же основаны доказательства?
[ТС] Примерно тогда же, в 2006 году, когда мы с коллегой из Гётеборга показали избыток спонтанной активности гамма-ритма у детей с аутизмом, оптогенетики (учёные, модифицирующие клетки мозга так, что на них потом можно воздействовать светом. — «КШ») доказали, что то же самое происходит в мозге крыс, у которых в результате химического вмешательства сдвигается баланс возбуждения-торможения.
[КШ] То есть учёные вывели крыс-аутисток?
[ТС] Ага, это фантастическая комбинация достижений генетики и нейрофизиологии. Оптогенетики додумались создать животное, у которого в мембрану нервных клеток вшиты родопсиновые каналы (родопсин — вещество, определяющее реакцию на свет глазной сетчатки. — «КШ»). В результате учёные получили возможность возбуждать светом конкретную небольшую зону мозга. И поняли, что, если изменять активность цингулярной коры мозга у крысы, она будет вести себя как аутист. Одновременно с этим в мозге грызуна будет генерироваться спонтанная гамма-активность. А если свет выключить, крыса снова станет здоровой.
Коты и дети
[КШ] Это невероятно! Ведь если удалось доказать, что аутизм абсолютно всегда сопровождается спонтанными гамма-ритмами, его же теперь можно точно диагностировать?
[ТС] Хорошо бы... Но пока этот сдвиг баланса возбуждения и торможения не измерен. То есть мы доказали, что он есть, но пока не знаем, какой именно.
[КШ] Но вы работаете над решением этой задачи — пытаетесь измерить сдвиг?
[ТС] Разумеется. Мне рановато об этом говорить, потому что наши исследования пока не завершены, но, кажется, мы подобрали подходящий ключ к нужной двери.
 |
[КШ] И что это за ключ?
[ТС] Есть вероятность, что мы выяснили, какую экспериментальную нагрузку необходимо давать для диагностики аутизма. Если при исследовании мозга аутиста я применю нагрузку, которая у здорового человека пропорционально увеличивает частоту гамма-ритмов, и увижу, что у моих испытуемых при разной нагрузке (высокой или вообще без неё) частота этих ритмов не меняется или меняется мало, эту разницу в частотах можно будет измерить. Я перерыла множество старых научных статей с результатами экспериментов над животными, пытаясь найти описание подобной нагрузки, и наткнулась-таки на него в работе 1997 года. Автор пишет, что гамма-ритм у котов возрастает на целых 20–30 Гц при увеличении скорости движения зрительного стимула — убегающей мыши.
[КШ] И вы провели подобный эксперимент с людьми?
[ТС] Да! Мы решили, не теряя времени, запустить исследование с двумя выборками детей — здоровых и аутистов — в возрасте от 7 до 15 лет. И обнаружили, что у здоровых ребят, как у нормальных котов, с увеличением скорости движения зрительного стимула частота гамма-ритма повышается примерно на 30 Гц. А вот у детишек-аутистов — примерно вдвое меньше. Было логично предположить, что диапазон изменений частоты гамма-ритма при увеличении скорости движения и есть тот самый биомаркёр силы возбуждения тормозных нейронов, который позволит точно определять, есть у ребёнка аутизм или нет.
У здоровых детей, как и у нормальных котов, с ускорением движения зрительного стимула возрастает частота гамма-ритма.
[КШ] Вы уверены в надёжности этого биомаркёра? Наверняка ведь есть заболевания помимо аутизма, при которых работа системы возбуждения-торможения повреждается, а гамма-ритм снижается, — какая-нибудь форма энцефалита, например.
[ТС] Нам, конечно же, нужны более надёжные доказательства. И энцефалит, кстати, действительно может влиять. Надо найти в Москве пациентов с такими болезнями и посмотреть, как работает на них наша парадигма. Но в первую очередь я хочу попросить генетиков вывести линию мышей с патологией, по некоторым параметрам похожей на аутизм. И посмотреть, что будет происходить с гамма-ритмами у этих животных. А дальше — либо радоваться победе, либо продолжать искать биомаркёр.
[КШ] Начинаю понимать, почему учёные разных специальностей — генетики, клеточные биологи, нейрофизиологи — работают в связке.
[ТС] Я очень рада, что сумела объяснить. Это ведь непросто. Сейчас, например, ведутся эксперименты — у животных искусственно вызывают аутизм, а потом разными препаратами пытаются его вылечить. Мы тоже примем участие: будем проверять на этих животных свою гипотезу и замерять гамма-ритмы, искать способ точной диагностики. Учёные объединяют усилия — вроде бы каждый выполняет свою задачу, но, по сути, мы стремимся к одной цели: словно рабочие, прорубающие туннель в скале, мы проникаем вглубь сложно устроенного мозга. По пути мы можем делать открытия, полезные для наших областей науки, но главное — долбить всем, чтобы встретиться в конкретной точке. Пока мы это делаем хорошо, и мне кажется, скальная порода скоро поддастся.
Вопросы задавала Ирина Федотова.
Фото Артёма Поповича
Фото Артёма Поповича
