Расстроенная психика. Что рассказывает о нас необычный мозг

Галлюцинации – самый типичный позитивный симптом шизофрении – могут быть зрительными или слуховыми. Слуховые галлюцинации очень тревожны: пациенты слышат голоса, которые их резко критикуют и даже оскорбляют. Голоса могут заставлять их причинять вред себе и другим людям. При шизофрении часто наблюдается и бред – ложные убеждения без каких-либо фактических оснований. Выделяют несколько типов бреда, но чаще всего встречается бред параноидный. Больным кажется, будто люди что-то против них замышляют, преследуют их, пытаются им навредить. Нередко они считают, что их пытаются отравить – в частности, прописанными лекарствами.

Весьма типичны для шизофрении бред отношения[52] и бред контроля (воздействия). Больным кажется, что они получают адресованные лично им сообщения по радио и телевидению. Часто у них возникает чувство, что другие могут контролировать их разум. Наконец, больные могут испытывать бред величия: им кажется, что они наделены особенными способностями.

Негативные симптомы шизофрении – социальная самоизоляция и отсутствие мотивации – обычно проявляются раньше позитивных, но остаются незамеченными, пока больной не переживет психотический эпизод. Склонный к социальной самоизоляции человек не обязательно физически избегает людей – он может просто замыкаться в себе и жить в отдельном мире. Отсутствие мотивации проявляется равнодушием и апатией.

Когнитивные симптомы отражают проблемы с волеизъявлением, исполнительными функциями при организации собственной жизни и рабочей памятью (одна из форм кратковременной памяти), служат ранними признаками деменции. Иногда больные не могут собраться с мыслями или следить за ходом мыслей. Кроме того, они порой не справляются с повседневными задачами, выполнять которые необходимо, чтобы добиваться успеха на работе или поддерживать отношения с другими людьми. В результате им очень сложно удерживаться на работе, вступать в брак и воспитывать детей.

Нейровизуализация больных шизофренией, не проходящих лечение, показывает, что со временем у них наблюдается небольшое, но заметное снижение количества серого вещества, в котором содержатся тела и дендриты нейронов коры головного мозга. Считается, что потеря серого вещества, обусловливающая когнитивные симптомы шизофрении, происходит в результате избыточного прунинга дендритов в ходе индивидуального развития, что приводит, как мы увидим чуть дальше, к потере синаптических контактов между нейронами.

Чтобы понять, как сильно симптомы шизофрении ослабляют нашу связь с реальностью, подрывая нашу независимость и чувство самости, давайте обратимся к человеку, который страдает этим расстройством, – к Элин Сакс (рис. 4.1), профессору юриспруденции Университета Южной Калифорнии и основательнице Института Сакс по вопросам законодательства, регламентов и этики в области психического здоровья. В 2007 году Сакс опубликовала книгу “Держать не может центр”[53], в которой откровенно и трогательно рассказала о своей жизни с шизофренией и призвала не загонять людей с таким диагнозом в узкие рамки, а позволять им самим нащупывать границы своих возможностей. В сентябре 2015 года ей присудили “грант для гениев” Фонда Макартуров. Свой первый ужасающий психотический эпизод Сакс описала так:

Рис. 4.1. Элин Сакс

Пятница, десять часов вечера. Я сижу с двумя одногруппниками в библиотеке Йельской школы права. Они не слишком рады там находиться, ведь в пятницу вечером можно заняться множеством более интересных вещей. Но я настояла на встрече нашей маленькой группы. Нам задали подготовить меморандум. Нам нужно его сделать, нужно его закончить, нужно его составить, нужно… Погодите-ка. Нет, постойте. “Меморандумы – это кара небесная, – объявляю я. – И у них есть цель. Они падут на ваши головы. Вы когда-нибудь кого-нибудь убивали?”

Одногруппники смотрят на меня так, словно их – или меня – окатили ледяной водой. “Шутишь, да?” – спрашивает один. “О чем ты, Элин?” – спрашивает второй.

“О, да все о том же. О рае, об аде. Кто есть что и что есть кто. Эй! – восклицаю я, вскакивая со стула. – Полезли на крышу!”

Я бросаюсь к ближайшему большому окну, вылезаю через него и оказываюсь на крыше. Чуть погодя за мной следуют невольные соучастники моего преступления. “Вот настоящая я! – заявляю я, размахивая руками над головой. – Прочь, во Флориду, к лимонному дереву! Прочь, во Флориду, к солнечным кустам! Где делают лимоны. Где обитают демоны. Да что с вами такое, ребята?”

“Ты меня пугаешь”, – брякает один. А через несколько неловких мгновений второй заявляет: “Я пошел внутрь”. Они напуганы. Привидение, что ли, увидели? И – представьте! – они лезут обратно в окно.

“Почему вы уходите?” – спрашиваю. Но они уже внутри, а я осталась одна. Несколько минут спустя я с некоторой неохотой тоже пролезаю в окно.

Когда мы снова усаживаемся за стол, я аккуратно сооружаю башенку из учебников и перекладываю листки со своими записями. Затем перекладываю их снова. Я вижу проблему, но не вижу решения. Все это очень тревожит. “Не знаю, как у вас, а у меня слова по страницам прыгают, – говорю я. – Кажется, кто-то проник в мои копии дел. Нужно связать дела. В связки я не верю. Но они способны удерживать части тела вместе”. Я поднимаю глаза и вижу, что одногруппники оторопело пялятся на меня. “Мне… мне нужно идти”, – говорит один. “И мне тоже”, – подхватывает второй. Они нервно собирают вещи и поспешно уходят с туманными обещаниями связаться со мной позже и поработать над меморандумом в другой раз.

Я прячусь между стеллажей и сижу там на полу до глубокой ночи, бормоча себе под нос. Становится тихо. Выключают свет. Я боюсь, что меня запрут в библиотеке, и наконец бегу к выходу, заныривая в библиотечные тени, чтобы меня не заметили охранники. На улице темно. Идти в общежитие неприятно. Придя, я никак не могу заснуть. В голове слишком шумно. Слишком много лимонов, и меморандумов, и массовых убийств, за которые я буду в ответе. Я должна работать. Я не могу работать. Я не могу думать[54]39.

История шизофрении

Как мы узнали из главы 3, основатель современной научной психиатрии Эмиль Крепелин разделил основные психические заболевания на расстройства настроения и расстройства мышления. Он смог провести черту между ними, потому что в своих исследованиях психических расстройств он полагался не только на тонкие клинические наблюдения, но и на знания, почерпнутые им в лаборатории пионера экспериментальной психологии Вильгельма Вундта. На протяжении всей своей профессиональной жизни Крепелин старался выстраивать концепции психиатрии на самых крепких из психологических исследований.

Крепелин назвал первичное расстройство мышления ранней деменцией, или слабоумием молодых, потому что оно начинается в более раннем возрасте, чем деменция Альцгеймера. Почти сразу швейцарский психиатр Ойген Блойлер раскритиковал этот термин. Блойлер полагал, что деменция – лишь один из компонентов болезни. Более того, у некоторых его пациентов болезнь развивалась в более позднем возрасте. Другие, заболев, нормально функционировали многие годы – работали и вели семейную жизнь. По этим причинам Блойлер назвал болезнь шизофрениями. Шизофрения[55] представлялась ему расщеплением психики – чувства оказывались оторванными от мыслительного процесса и мотивации, – и он использовал множественное число, чтобы указать на неоднородность расстройств, входящих в одну категорию. Идеи Блойлера заложили основы нашего представления о болезни, а его определение используется по сей день.

Лечение людей, страдающих шизофренией

Шизофрения не так уж и редка. Она встречается примерно у 1 % мирового населения, а в США – приблизительно у трех миллионов человек. Болезнь поражает людей вне зависимости от классовой, расовой, гендерной и культурной принадлежности и сильно различается по степени тяжести. Многие страдающие тяжелой шизофренией испытывают трудности с завязыванием и поддержанием личных отношений, работой и даже самостоятельной жизнью. В то же время некоторые люди с более легкой формой расстройства – например, писатель Джек Керуак, нобелевский лауреат по экономике Джон Нэш и музыкант Брайан Уилсон – сумели построить блестящие карьеры. Симптомы такой формы болезни в основном контролируются лекарствами и психотерапией.

Сначала действие препаратов от шизофрении было направлено преимущественно на смягчение позитивных симптомов – иными словами, психотических: галлюцинаций и бреда. Антипсихотические препараты достаточно эффективны: большинство медикаментов, доступных сегодня, в той или иной степени смягчают позитивные симптомы почти у 80 % страдающих шизофренией. Однако антипсихотики не слишком эффективны против негативных и когнитивных симптомов, которые порой оказываются самыми изнурительными и губительными для пациентов.

Важна для страдающих шизофренией и психотерапия. Любопытно, что сегодня ее применяют даже превентивно, с целью предотвратить появление психотических симптомов – как позитивных, так и негативных – у подростков и молодых людей из группы риска. Среди прочего психотерапия помогает пациентам осознать, что они больны – что они не плохие люди, а хорошие, просто страдающие от бреда и галлюцинаций.

Биологическая терапия

Ученые впервые заглянули в биологию шизофрении тем же способом, что и в биологию депрессии, – когда появилось эффективное лекарство. В обоих случаях первый препарат против расстройства появился случайно, при разработке средств от других проблем.

Французский химик Поль Шарпантье в фармацевтической компании Rhône-Poulenc трудился над созданием антигистаминного средства, которое, как он надеялся, будет эффективно снимать симптомы аллергии, не давая многочисленных побочных эффектов уже существующих антигистаминных препаратов. В 1950 году он создал “Торазин” (международное непатентованное наименование – хлорпромазин). Когда начались клинические испытания “Торазина”, всех поразило его действие: он сильно расслаблял и успокаивал пациентов.

Заметив успокоительный эффект “Торазина”, французские психиатры Пьер Деникер и Жан Деле решили давать препарат своим психотическим пациентам. И он оказался “волшебной пулей”[56] – особенно для пациентов с шизофренией. К 1954 году, когда Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (FDA) одобрило препарат, в одних только США им лечилось два миллиона человек. Значительная часть этих людей смогла покинуть государственные психиатрические больницы.

Изначально предполагали, что “Торазин” действует на манер транквилизатора, успокаивая пациентов, но не вызывая чрезмерной седации. Однако уже к 1964 году стало ясно, что “Торазин” и подобные препараты специфически воздействуют на позитивные симптомы шизофрении – смягчают или устраняют бред, галлюцинации и некоторые типы нарушений мышления. Более того, при приеме в периоды ремиссии эти антипсихотические средства, как правило, снижают частоту рецидивов. Тем не менее эти препараты дают существенные побочные эффекты, в числе которых неврологические симптомы, характерные для болезни Паркинсона: тремор рук, сгибание туловища вперед при ходьбе, скованность в теле.

Впоследствии ученые разработали новые лекарства, вызывающие не столь серьезные нежелательные неврологические реакции и не в таком количестве. Среди этих препаратов – клозапин, рисперидон и оланзапин, которые эффективно контролируют позитивные симптомы шизофрении. Считается, что только клозапин лучше более ранних антипсихотиков справляется с негативными и когнитивными симптомами, но и его эффективность не слишком велика. Новые препараты называются “атипичные антипсихотики”, поскольку все они дают меньше побочных эффектов, повторяющих симптомы болезни Паркинсона, чем более ранние, “типичные”, препараты.

Первую подсказку относительно принципа действия типичных антипсихотиков дал анализ их неврологических побочных эффектов. Поскольку эти препараты действуют на движение так же, как болезнь Паркинсона, которую вызывает дефицит нейромодулятора дофамина, ученые решили, что они, вероятно, снижают концентрацию дофамина в мозге и что шизофрения, возможно, отчасти обусловлена чрезмерной активностью дофамина. Иными словами, снижение концентрации дофамина в мозге может объяснять как терапевтическое действие препаратов, так и их неблагоприятные побочные эффекты.

Как такое возможно? Как препарат может оказывать и желательное, и нежелательное воздействия? Все зависит от того, на какую область мозга действует препарат.

Когда нейроны высвобождают дофамин в синапс, дофамин обычно связывается с рецепторами нейронов-мишеней. Если эти рецепторы заблокированы антипсихотиками, действие дофамина ослабляется. Оказывается, многие типичные антипсихотики действуют как блокаторы рецепторов дофамина. Это открытие подкрепило идею, что важным фактором в развитии шизофрении выступает избыточное производство дофамина или избыточное количество дофаминовых рецепторов. Кроме того, оно поддержало родившуюся при изучении болезни Паркинсона идею, что двигательные нарушения вызывает дефицит дофамина. Таким образом, поняв роль дофамина в шизофрении, мы сумели и немного больше узнать о нормальной работе этого нейромедиатора.

Большинство производящих дофамин нейронов сосредоточено в двух скоплениях в среднем мозге: вентральной области покрышки и черной субстанции. Аксоны, которые ответвляются от этих двух нейронных скоплений, формируют нейронные сети, называемые дофаминергическими путями. Два дофаминергических пути – мезолимбический и нигростриарный – особенно сильно повреждаются при шизофрении, а значит, их исследования наиболее важны для поиска методов терапии этого расстройства (рис. 4.2).

Мезолимбический путь связывает вентральную область покрышки с участками префронтальной коры, гиппокампом, миндалевидным телом и прилежащим ядром. Эти структуры играют важную роль в мышлении, памяти, эмоциях и поведении – тех психических функциях, которые нарушает шизофрения. Нигростриарный путь начинается в черной субстанции и идет в дорсальную часть полосатого тела – область мозга, которая отвечает за пространственные и двигательные функции. Именно этот путь деградирует при болезни Паркинсона. Антипсихотики воздействуют на оба пути, что объясняет и их терапевтическое влияние, и их неблагоприятные побочные эффекты.

Чтобы проверить состоятельность гипотезы о том, что типичные антипсихотики блокируют дофаминовые рецепторы, ученым нужно было определить, на какие именно дофаминовые рецепторы воздействуют эти препараты. Известно пять основных типов дофаминовых рецепторов – от D1 до D5. Как выяснилось, типичные антипсихотики обладают высоким сродством к рецепторам D2, в то время как у атипичных сродство к этим рецепторам ниже.

Рис. 4.2. Два дофаминергических пути, на которые воздействуют антипсихотические средства: мезолимбический и нигростриарный. Производящие дофамин нейроны сконцентрированы в вентральной области покрышки, откуда дофамин направляется по мезолимбическому пути, и в черной субстанции, откуда дофамин идет по нигростриарному пути.

Рецепторы D2 в норме особенно многочисленны в полосатом теле, а в миндалине, гиппокампе и участках коры их меньше. Исследования показывают, что массовое блокирование рецепторов D2 на нигростриарном пути приводит к дефициту дофамина в областях полосатого тела, нуждающихся в достаточном количестве дофамина для обеспечения нормальной двигательной активности. Этим объясняются побочные паркинсонические эффекты типичных антипсихотиков. Атипичные антипсихотики тоже связываются с рецепторами D2 в полосатом теле, но из-за сниженного сродства к ним блокируют меньшее их количество и потому не нарушают двигательные функции.

Кроме того, атипичные антипсихотики отличаются от типичных меньшей избирательностью в отношении блокируемых рецепторов: они связываются и с дофаминовыми рецепторами D4, и с рецепторами других нейромодуляторов, в частности серотонина и гистамина. Такое разнообразие действий позволяет предположить, что при шизофрении некорректно работают не только дофаминергические, но и серотонинергические и гистаминергические пути.

Раннее вмешательство

Ключ к успешному лечению любой болезни – раннее вмешательство. Например, ученые сумели выявить факторы риска и разработать способы предотвращения инфарктов. Почему бы не сделать то же самое для шизофрении?

Мы знаем, что риск возникновения шизофрении повышают генетические и средовые факторы, действующие на развивающийся мозг до рождения ребенка и в раннем детстве. Возможно, в будущем мы их определим и научимся вмешиваться раньше, чем расстройство проявит себя спустя годы. Как мы скоро увидим, одна генетическая вариация, которая воздействует на развивающийся мозг, уже выявлена. Кроме того, некоторые виды компьютерной нейровизуализации способны определять области повышенной дофаминовой активности, которая может служить биомаркером расстройства еще до развития психоза.

Как мы видели, первый психотический эпизод шизофрении обычно запускается в юности или ранней зрелости, когда стрессы повседневности оказываются слишком тяжелой ношей. Если начать лечение незамедлительно, молодых людей, как правило, удается стабилизировать. Однако слишком часто они обращаются к специалистам лишь через несколько лет после начала болезни. К тому же, если страдающий шизофренией перестает принимать лекарства, отрегулированная работа дофаминергических путей и других нейронных сетей вновь разлаживается, и тогда симптомы расстройства возвращаются.

Самым перспективным превентивным воздействием пока остается когнитивная психотерапия подростков и молодых людей с ранними признаками шизофрении, то есть в так называемый продромальный период. К сожалению, признаки, предваряющие первый психотический эпизод, довольно расплывчаты. Человек может быть немного подавлен, хуже справляется со стрессом или чуть более расторможен, чем обычно, часто озвучивая свои мысли. Как мы знаем, серьезные психические расстройства часто характеризуются гиперболизацией обычного поведения, поэтому на первых порах распознать малозаметные изменения непросто.

Превентивные терапевтические методики разрабатывают, чтобы помочь молодым людям развить когнитивные способности и исполнительные функции префронтальной коры, регулирующие способность контролировать свое поведение. Благодаря этому они будут лучше справляться с повседневным стрессом и успешнее устраивать свою жизнь, снижая тем самым вероятность развития психотических эпизодов.

Предрасполагающие анатомические аномалии

В период беременности факторы среды, такие как недостаточность питания, инфекции, стрессы или токсины, могут взаимодействовать с генетическими факторами, повышая риск формирования у плода аномально работающих дофаминергических путей. Функционально неполноценные пути становятся фундаментом для развития шизофрении в будущем, когда мозг подростка отреагирует на стрессы повседневной жизни избыточной выработкой дофамина.

Точно такие же неблагоприятные события или ситуации во время беременности могут влиять и на формирование тех сетей в префронтальной коре плода, которые управляют мышлением и исполнительными функциями мозга. Аномалии в этих нейронных сетях перерастают в характерные для шизофрении когнитивные симптомы, в частности нарушения рабочей памяти.

Рабочую память можно рассматривать как способность на короткое время запоминать информацию, которая необходима для управления мышлением и поведением. Прямо сейчас вы используете рабочую память, чтобы держать в уме все, что уже прочитали, и только благодаря этому дальнейшее повествование будет казаться вам логичным. Нарушения рабочей памяти помешали бы этому. Кроме того, из-за них вам было бы сложно планировать свой день и нормально работать.

Рабочая память развивается с детства до поздней юности, постепенно улучшаясь и улучшаясь. В 7 лет дети, у которых через 10–15 лет диагностируют шизофрению, имеют нормальную рабочую память. А к 13 годам она уже сильно отстает в развитии от нормального показателя для этого возраста. Ключевой компонент рабочей памяти – пирамидные нейроны префронтальной коры, название которых объясняется тем, что их тела по форме напоминают треугольники. Во всех остальных отношениях – как структурно, так и функционально – эти клетки не отличаются от других нейронов.

Как мы знаем, нейроны передают информацию по аксонам, которые формируют синапсы с дендритами принимающей клетки. Синапсы пирамидных нейронов в большинстве своем образуются на дендритных шипиках – небольших наростах на дендритах. Количество дендритных шипиков нейрона служит грубым показателем объема и богатства получаемой им информации.

Дендритные шипики на пирамидных нейронах начинают формироваться в третьем триместре беременности. На протяжении первых лет жизни человека количество дендритных шипиков и количество синапсов на них быстро увеличивается. В мозге трехлетнего ребенка насчитывается вдвое больше синапсов, чем в мозге взрослого. Примерно с наступлением пубертата начинается синаптический прунинг, в ходе которого удаляются дендритные шипики, не используемые мозгом, в том числе не задействованные в рабочей памяти. Особенно активно синаптический прунинг идет в пубертате и ранней зрелости.

Судя по всему, при шизофрении синаптический прунинг в подростковом периоде идет некорректно, в результате чего удаляется слишком много дендритных шипиков (рис. 4.3). Следовательно, у пирамидных нейронов остается слишком мало синаптических связей в префронтальной коре, чтобы формировать крепкие нейронные сети, которые необходимы для правильного функционирования рабочей памяти и протекания других сложных когнитивных процессов. Эту гипотезу избыточного прунинга при шизофрении предложил Ирвин Файнберг, сейчас работающий в Калифорнийском университете в Дэвисе40, а изложили Дэвид Льюис и Джилл Гложе из Питтсбургского университета41. Считается, что у страдающих шизофренией подобный дефект пирамидных нейронов есть и в гиппокампе, что тоже неблагоприятно сказывается на памяти.

Поскольку синаптический прунинг необходим для избавления мозга от неиспользуемых дендритов, Льюис решил, что избыточный прунинг может быть следствием недостаточной рабочей загруженности дендритов – иными словами, что-то может препятствовать пирамидным нейронам получать достаточное количество сенсорных сигналов, чтобы дендритные шипики оставались загруженными, функциональными. Вероятно, проблема здесь в таламусе – отделе мозга, который должен передавать сенсорные сигналы на префронтальную кору. Но если таламус не справляется с работой, возможно, он и сам лишился части клеток. Некоторые исследования действительно показывают, что у людей, страдающих шизофренией, размеры таламуса до нормы не дотягивают.

Рис. 4.3. Прунинг дендритных отростков пирамидного нейрона: дендритные шипики в нормальном мозге и в мозге шизофреника.

Таким образом, шизофрения существенно отличается от депрессии и биполярного расстройства. Как мы узнали из главы 3, расстройства настроения обусловлены функциональным дефектом – когда некорректно работают нейронные сети, сформированные должным образом. Такие дефекты часто обратимы. Развитие шизофрении, как и расстройств аутистического спектра, предполагает участие анатомического дефекта – когда определенные нейронные сети некорректно формируются. Чтобы исправить анатомические дефекты при шизофрении, ученые должны придумать какой-то способ вмешиваться в синаптический прунинг в ходе развития либо разработать средства, которые будут стимулировать рост новых шипиков впоследствии.

Для шизофрении характерны и другие анатомические аномалии. В их числе истончение слоев серого вещества в височной и теменной долях коры и в гиппокампе, а также расширение боковых желудочков мозга – заполненных спинномозговой жидкостью полостей. Увеличение боковых желудочков, вероятно, вторично и связано с потерей серого вещества в коре. Как и избыточный синаптический прунинг, эти мозговые аномалии проявляются на ранних этапах жизни, что позволяет предположить их участие в развитии шизофрении. Обнаружение анатомических аномалий, которые можно соотнести с проявлением когнитивных симптомов, укрепило давнее представление о том, что когнитивная симптоматика шизофрении обусловлена ненормальным функционированием серого вещества коры головного мозга.

Генетика шизофрении

Если бы у вас был однояйцевый близнец, страдающий шизофренией, ваши шансы заболеть составляли бы 50 % вне зависимости от того, как вас растили – вместе или по отдельности. Такой риск развития шизофрении значительно превышает общепопуляционный – 1 %. Данные по близнецам говорят нам две вещи: во-первых, у шизофрении в любой среде силен генетический компонент, а во-вторых, генами дело не ограничивается, поскольку риск далек от 100 %. Таким образом, к расстройству приводит взаимодействие генов и условий среды (рис. 4.4).

В последние годы множество ученых и десятки тысяч больных шизофренией со своими семьями совместно работали над изучением выявленного генетического риска. Они хотели узнать, какие гены вносят вклад в возникновение характерных для шизофрении мозговых аномалий и за какие функции они отвечают42. Удалось обнаружить, что, хоть симптомы расстройства и не проявляются до юности, многие гены, участвующие в развитии шизофрении, воздействуют на формирующийся мозг еще до рождения. Это открытие согласуется с тем фактом, что такие люди уязвимы для средовых факторов риска уже на ранних этапах жизни, задолго до появления первых признаков болезни.

Рис. 4.4. Генетический риск развития шизофрении. Как видно на диаграмме, в общей популяции риск развития шизофрении составляет 1 % (заболевает 1 человек из 100), в то время как у родственников человека с шизофренией этот риск повышается, достигая почти 50 % у однояйцевых (идентичных) близнецов.

Недавно ученые пришли к выводу, что генетические вариации, способствующие развитию таких сложных патологий, как аутизм, шизофрения и биполярное расстройство, могут быть как распространенными, так и редкими. Распространенной считается вариация, которая появилась в человеческом геноме много поколений назад и теперь встречается более чем у 1 % мирового населения. Такие вариации называются полиморфизмами. Редкие вариации, или мутации, несет менее 1 % процента мирового населения. Вариации любого типа могут менять вероятность возникновения болезни или нарушения развития. И предрасположить человека к шизофрении могут вариации любого типа.

Механизм развития болезни в случае редких генетических вариаций предполагает, что редкие мутации существенно повышают риск развития у человека относительно распространенного расстройства. В главе 2 мы выдели, что редкая мутация хромосомы 7 из разряда вариаций числа копий значительно повышает риск развития расстройств аутистического спектра. При шизофрении наблюдается такая же картина: та же самая вариация числа копий в 7-й хромосоме повышает и риск развития шизофрении. Более того, как и в случае с расстройствами аутистического спектра, редкие мутации de novo – те, что спонтанно возникают в ДНК сперматозоидов отца, – повышают риск развития шизофрении и биполярного расстройства. Поскольку сперматозоиды немолодых мужчин продолжают делиться и накапливают больше мутаций, у пожилых отцов риск произвести на свет будущего шизофреника выше, чем у молодых отцов.

Механизм развития болезни в случае распространенных генетических вариаций предполагает, что и шизофрения, и расстройства аутистического спектра обусловлены взаимодействием многих распространенных полиморфизмов разных генов, повышающим риск заболевания. В отличие от редких мутаций, которые влияют на риск радикально, каждая из распространенных вариаций меняет его незначительно. Самое веское свидетельство возможности развития болезни с участием распространенных вариаций предоставило масштабное международное исследование шизофрении. В его рамках ученые проанализировали связь шизофрении с миллионами распространенных вариаций в геномах десятков тысяч индивидов, и уже удалось найти около 100 генетических вариаций, ассоциированных с шизофренией. В этом отношении генетика шизофрении повторяет генетику других распространенных патологий: диабета, болезней сердца, инсульта и аутоиммунных расстройств.

Эти два механизма развития расстройства некоторое время считались взаимоисключающими, но последние исследования аутизма, шизофрении и биполярного расстройства показали, что развитию каждого из этих состояний способствуют генетические риски, не имеющие отношения ни к каким редким генетическим вариациям, возникшим по механизму вариаций числа копий или мутаций de novo (глава 1, табл. 1). Так, генетический риск развития шизофрении в общей популяции составляет 1 %, то есть к заболеванию предрасположен 1 человек из 100. Относительный вклад редких и распространенных генетических вариаций в эту предрасположенность у каждого расстройства различается, но есть и универсальные закономерности. Распространенные вариации, каждая из которых несет малый риск, вовлечены в развитие расстройства у многих людей, в то время как редкие мутации, каждая из которых несет куда больший риск, как правило, способствуют расстройству не более чем у 1 из 100 больных.

Возможно, самой удивительной из недавних находок международной коллаборации по исследованию генетики шизофрении стало то, что некоторые гены, повышающие риск развития шизофрении, увеличивают и риск развития биполярного расстройства. А другая группа генов повышает риск развития как шизофрении, так и расстройств аутистического спектра.

Итак, у нас есть три разных диагноза – аутизм, шизофрения и биполярное расстройство, – для которых характерны общие генетические вариации. Такое пересечение позволяет предположить, что у этих расстройств должны быть и другие общие признаки на ранних этапах жизни.

Делетированные гены

В геноме одного ребенка из четырех тысяч при рождении недостает фрагмента 22-й хромосомы. Количество недостающей ДНК может варьировать, но обычно составляет примерно три миллиона пар нуклеотидов (структурных элементов ДНК). Таким образом обычно теряется 30–40 генов. Поскольку ДНК выпадает из средней части хромосомы, в локусе q11, людям с такой делецией ставят диагноз “синдром делеции 22q11”[57].

У этого синдрома множество разных симптомов. Почти все люди с делецией имеют аномалии строения черепа и лица в частности – например, расщелину губы или нёба, – а более половины страдают сердечно-сосудистыми заболеваниями. Для них также характерен когнитивный дефицит разной степени – от нарушений рабочей памяти и исполнительных функций и легких проблем с обучаемостью до умственной отсталости. Около 30 % взрослых с этим синдромом страдают психическими расстройствами, включая биполярное и тревожное. Однако превалирует все же шизофрения. Риск развития шизофрении у человека с синдромом делеции 22q11 в 20–25 раз выше, чем у представителей общей популяции.

Чтобы выяснить, какие гены ответственны за разные медицинские проблемы, связанные с синдромом, ученые занялись поисками животного, подходящего для моделирования делеции. Оказалось, что один из участков ДНК в 16-й хромосоме мыши содержит почти все гены, находящиеся на участке q11 22-й хромосомы человека. С помощью вырезания различных фрагментов из этого участка у разных мышей ученые создали несколько мышиных моделей человеческого синдрома.

Модели показали, что многие непсихические патологии, включая расщепление нёба и некоторые сердечные аномалии, объясняются потерей одного фактора транскрипции[58] – белка, регулирующего экспрессию генов. Сегодня многие ученые используют мышиные модели, чтобы установить, утрата каких генов из участка 22q11 приводит к развитию шизофрении. Учитывая превалирование шизофрении у людей с такой делецией, шансы выявить эти гены довольно высоки.

В 1990 году группа Дэвида Сент-Клэра из Эдинбургского университета описала шотландскую семью, в которой с высокой частотой развивались психические расстройства43. Тридцать четыре члена семьи оказались носителями так называемой сбалансированной аутосомной транслокации. Это означает, что в их геноме фрагменты двух разных неполовых хромосом оторвались и поменялись местами. Из этих 34 носителей специфической транслокации пятеро страдали шизофренией или шизоаффективным расстройством (шизофренией в сочетании с манией и/или депрессией) и семеро – депрессией.

Ученые выявили два гена, сломанных этой транслокацией: DISC1 (disruption in schizophrenia 1) и DISC2 (disruption in schizophrenia 2). Хотя именно такую транслокацию обнаружили лишь в одной семье, необычно высокая встречаемость психических расстройств у членов этой семьи позволяет предположить, что два этих гена и другие гены неподалеку от места разрыва хромосом могут отвечать за психотические симптомы шизофрении и расстройств настроения. Две независимые группы исследователей обнаружили другой генетический фактор: некоторые полиморфизмы в гене DISC1 часто сопутствуют друг другу, вероятно, повышая риск развития шизофрении44. Пока ученые уделяли внимание в основном гену DISC1, поскольку DISC2 не кодирует белок. Однако считается, что DISC2 участвует в регуляции экспрессии DISC1.

Многочисленные исследования плодовых мушек и мышей показали, что ген DISC1 влияет на клеточные функции по всему мозгу, в том числе на внутриклеточную сигнализацию и экспрессию генов. Особенно важную роль он играет в развивающемся мозге, помогая нейронам мигрировать в нужное место зародышевого мозга и дифференцироваться в клетки разных типов. Поломки гена DISC1 не дают ему исполнять эти критические для развития функции.

Все мышиные модели довольно четко показывают, что утрата функций DISC1 ведет к типичным для шизофрении нарушениям. Кроме того, в мозге всех модельных мышей наблюдаются структурные изменения, напоминающие человеческие признаки шизофрении. Так, нейровизуализация одной модели выявляет характерно увеличенные боковые желудочки и меньший объем коры головного мозга. Другая модель демонстрирует, что нарушение функций гена вскоре после рождения приводит к аномалиям в поведении взрослого животного. Очевидная роль гена DISC1 в шизофрении и результаты экспериментов с мышами подтверждают идею, что шизофрения представляет собой расстройство развития мозга.

Гены и избыточный синаптический прунинг

Нормальный синаптический прунинг, в ходе которого мозг избавляется от ненужных нейронных связей, особенно активно протекает в подростковом и раннем взрослом периодах, причем преимущественно в префронтальной коре. Как мы видели, у шизофреников в этой области мозга синапсов меньше, чем у здоровых людей, и этот факт давно породил предположение, что при шизофрении синаптический прунинг избыточен.

Недавно Стивен Маккэрролл, Бет Стивенс, Асвин Секар и их коллеги из Гарвардской медицинской школы предоставили очередные свидетельства в поддержку этой идеи. Они также описали, как и почему прунинг может идти неправильно, и выявили ответственный за это ген45.

Ученые обратили внимание на особый участок генома человека – локус, называемый главным комплексом гистосовместимости (ГКГС)[59]. Этот комплекс генов в хромосоме 6 кодирует белки, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродных молекул – неотъемлемом этапе иммунного ответа. Локус ГКГС, который прочно связывали с шизофренией предыдущие генетические исследования, содержит ген C4[60]. Активность C4, то есть уровень его экспрессии, у разных индивидов сильно различается. Ученые хотели выяснить, как вариации этого гена связаны с уровнем его экспрессии и влияет ли этот уровень на развитие шизофрении.

Маккэрролл, Стивенс, Секар и их коллеги проанализировали геномы более 64 тысяч человек с шизофренией и без нее и обнаружили, что у страдающих шизофренией чаще встречается особый вариант гена C4, называемый C4-A. Эта находка навела на мысль, что C4-A может повышать риск развития шизофрении.

Более ранние исследования показали, что белки, кодируемые генами ГКГС, участвуют в иммунных реакциях и синаптическом прунинге в ходе нормального развития человека. Возник важный вопрос: какую роль играет белковый продукт гена C4-A? Чтобы получить ответ, ученые вывели мышей, лишенных этого гена. У таких мышей синаптический прунинг шел менее активно, чем при нормальном развитии. Это означало, что белок стимулирует прунинг, а избыток белка, вероятно, чреват избыточным прунингом. Изучая этих мышей, Маккэрролл, Стивенс, Секар и их коллеги также обнаружили, что в ходе нормального развития белок C4-A “метит” синапсы для прунинга. Следовательно, чем активнее ген C4, тем больше удаляется синапсов.

В совокупности эти исследования показывают, что чрезмерная экспрессия варианта C4-A приводит к избыточному синаптическому прунингу. Избыточный прунинг в юности и ранней зрелости – когда нормальный синаптический прунинг достигает пика – меняет анатомию мозга и объясняет как позднее проявление шизофрении, так и истончение префронтальной коры у людей с этим расстройством.

Одного только варианта гена, который запускает агрессивный прунинг, для развития шизофрении недостаточно: в этом участвует множество факторов. Однако у небольшой группы людей именно один особый ген, C4-A, отвечает за анатомические изменения, ведущие к шизофрении. Таким образом, Маккэрролл, Стивенс, Секар и их коллеги позволили нам впервые вторгнуться в этиологию шизофрении, что впоследствии, возможно, воплотится в новые методики лечения. Более того, такие важные исследования вдохновляют других ученых, которые пытаются с помощью генетики расширить наши представления о психических расстройствах46.

Моделирование когнитивных симптомов шизофрении

Ранее мы узнали, что избыточное производство дофамина может способствовать развитию шизофрении и что антипсихотики блокируют дофаминовые рецепторы мезолимбического пути. А еще мы узнали, что нейровизуализация выявила большое количество дофамина и рецепторов D2 в полосатом теле людей, страдающих шизофренией. Более того, по крайней мере у некоторых превышение нормального количества рецепторов D2 обусловлено генетически. В свете этих фактов мы с Элеанор Симпсон и Кристофом Келлендонком решили определить, вызывает ли избыток рецепторов D2 в полосатом теле когнитивные симптомы шизофрении47.

Для этого мы создали мышиную модель с человеческим геном, обеспечивающим сверхпродукцию рецепторов D2 в полосатом теле. Оказалось, что этот перенесенный ген, или трансген, нарушает у мыши те же самые когнитивные процессы, которые повреждаются при шизофрении у людей. Кроме того, мыши утрачивали мотивацию, а этот дефицит относится к типичным негативным симптомам шизофрении. Однако любопытнее всего было то, что, хотя мотивационные нарушения пропадали после выключения трансгена, когнитивные нарушения сохранялись еще долго. Фактически действия трансгена в период пренатального развития было достаточно, чтобы вызвать когнитивный дефицит во взрослом возрасте.

Эти открытия порождают три новые, очень важные гипотезы.

Во-первых, чрезмерное действие дофамина в мезолимбическом пути, обусловленное избытком рецепторов D2, может быть основной причиной когнитивных симптомов шизофрении, поскольку этот путь соединяется с префронтальной корой, “проявляющей” эти симптомы.

Во-вторых, антипсихотики, блокирующие рецепторы D2, смягчают позитивные симптомы шизофрении, но лишь незначительно облегчают когнитивные, если влияют на них вообще. Почему? Потому что эти препараты назначают слишком поздно – на той стадии развития, когда необратимые изменения уже давно произошли.

В-третьих, поскольку у людей с шизофренией наблюдается высокая корреляция когнитивных и негативных симптомов, эти симптомы могут возникать под действием одних и тех же факторов.

Все эти замечательные манипуляции – создание делеций, вживление трансгенов и увеличение количества рецепторов D2 у мышей – лишь одни из множества инструментов, которые ученые сегодня используют в поисках причин шизофрении, депрессии и биполярного расстройства. В более широком смысле эти манипуляции уже помогают нам понять связь нейробиологии с когнитивной психологией, а мозга – с психикой.

Заглядывая в будущее

Прежде чем перейти к описанию других болезней мозга, стоит вспомнить важные научные прорывы, которые позволили нам лучше понять работу здорового мозга, исходя из исследований шизофрении, расстройств аутистического спектра и настроения.

Сложно переоценить важность нейровизуализации. По мере развития ее технологий углублялись и наши представления о том, как и где психиатрические расстройства и расстройства аутистического спектра воздействуют на человеческий мозг. Поскольку в рамках нейровизуализационных исследований, как правило, сравнивают мозг людей с интересующим психическим расстройством и без него, эти исследования заодно помогли заглянуть и в жизнь здорового мозга. Сегодня нейровизуализация развита настолько, чтобы показывать, какие области мозга – а порой и какие нейронные сети в этих областях – играют принципиальную роль в нормальной работе мозга.

Нейровизуализация также подтвердила, что психотерапия представляет собой биологическую методику лечения – что она, как и лекарственные препараты, вызывает физические изменения в мозге. В некоторых случаях депрессии нейровизуализация даже помогала прогнозировать, каких пациентов лучше лечить медикаментами, каких – психотерапией, а каких – сочетанием этих методик.

А еще мы увидели, что некоторые важные открытия, касающиеся природы депрессии и шизофрении, были совершены случайно – когда препараты, разработанные для лечения других болезней, подействовали благоприятно на пациентов с этими психическими расстройствами. Дальнейшие исследования механизмов работы препаратов в мозге обнажили биохимический фундамент депрессии и шизофрении и способствовали разработке более действенных терапевтических методик.

Подвижки в генетике показали нам, как генетические вариации – и распространенные, и редкие – создают риск развития сложных болезней мозга. Особенно интересно открытие общих генов, вовлеченных в развитие шизофрении и биполярного расстройства или шизофрении и расстройств аутистического спектра. Изучение молекулярной природы депрессии и шизофрении попутно углубило наше понимание нормального настроения и упорядоченного мышления.