CC BY
19DOI: 10.24412/2226-079Х-2022-12468
Новые возможности использования когнитивных вызванных потенциалов высокого разрешения в оценке прогрессирования болезни Гентингтона
Г.Р. Уразгильдеева, Н.В. Пономарева, Е.П. Колесникова, Н.Ю. Абрамычева, С.А. Клюшников, С.Н. Иллариошкин
ФГБНУ "Научный центр неврологии"(Москва)
Болезнь Гентингтона (БГ) - это аутосом-но-доминантное нейродегенеративное заболевание, которое характеризуется снижением контроля произвольных движений с развитием хореического и других гиперкинезов, нарушениями поведения и снижением когнитивных функций. Заболевание обусловлено экспансией CAG-повторов в 1-м экзоне гена НТТ. Полная пенетрантность мутантного гена и абсолютная детерминированность болезни у носителей мутации, у которых еще нет клинических признаков БГ, позволяют проследить латентные стадии ней-родегенерации, что важно для понимания патогенеза БГ и других нейродегенеративных заболеваний [1, 2]
Несмотря на то что для БГ доступно только симптоматическое лечение, проводится активная работа по поиску нозомодифицирующих терапевтических подходов, а некоторые из них уже проходят клинические испытания [3, 4]. Для того чтобы проследить развитие патологического процесса, а также оценить эффективность новых методов лечения, необходим поиск надежных и чувствительных биомаркеров нейродегенератив-ного процесса при БГ. Для решения этой задачи помимо лабораторных и нейровизуализацион-ных методов исследования могут быть использованы и нейрофизиологические подходы. Нейрофизиологические показатели - электроэнцефалография (ЭЭГ) и различные виды вызванных потенциалов (ВП) - отражают изменения функциональных систем мозга на фоне текущего ней-родегенеративного процесса при БГ [5].
Метод когнитивных ВП для оценки нейрофизиологических изменений при БГ используется уже несколько десятилетий. Как для доклинических носителей мутантного гена НТТ, так и для пациентов с развернутой клинической стадией БГ показано увеличение латентности когнитив-
ных ВП Р300, свидетельствующее о нарушении восприятия и обработки информации. В обеих группах пациентов совместное применение воксель-ориентированной МРТ-морфометрии (МРТ - магнитно-резонансная томография) и ВП выявляет тесную взаимосвязь между анатомическими (прогрессирующая потеря серого вещества) и функциональными изменениями головного мозга [6].
Метод ВП также использовался для изучения процессов, связанных с торможением в парадигмах "Go/noGo" [7], при этом обнаружили, что у симптомных пациентов с БГ значительно нарушена способность подавлять реакции по сравнению с контролем. По электрофизиологическим данным у больных БГ наблюдалась заметная селективная аттенуация noGo-P3. Также было обнаружено, что noGo-P3 коррелирует с числом CAG-повторов: чем больше степень экспансии повторов, тем меньше амплитуда noGo-P3.
Таким образом, нейрофизиологических исследований по изучению функциональной активности мозга при БГ с помощью различных парадигм довольно много, однако они не в полной мере могут отразить состояние фронтостри-арной системы, которая страдает при БГ еще на асимптомной стадии.
Функциональная активность фронтостриар-ной системы напрямую зависит от состояния средних шипиковых нейронов полосатого тела, дегенерация которых является морфологическим свидетельством развития БГ [8]. Оценка нейрофизиологических изменений во фронтостриар-ных системах может быть произведена с помощью ВП с парадигмой Струпа и задачей на переключения (Set-shifting Task) [9]. Выполнение теста Струпа и заданий на переключение тесно связано с функционированием фронтостриар-ных систем. Исследования с помощью функцио-
yj) № 2 • 2022
205
Демографические характеристики обследованных
Показатель Носители мутации HTT Норма
асимптомные симптомные
Количество больных, ябс. 12 7 11
Возраст, годы 38,6 ± 4,2 40,6 ± 4,4 40,3 ± 3,6
Мужчины/ женщины, абс. 6/6 5/2 4/7
нальной МРТ показали, что при выполнении теста Струпа (задание на интерференцию) в основном активируются фронтальная область головного мозга, передняя поясная кора и дорсола-теральная префронтальная кора [10]. Фронто-стриарные системы отвечают за исполнительный контроль поведения и способность к переключению между задачами [11].
Оценка когнитивных ВП с использованием парадигмы Струпа и заданием на переключение (КВПСП) может быть достаточно чувствительной, чтобы обнаруживать нейрофизиологические изменения даже у асимптомных носителей мутации HTT. Метод показал перспективность в качестве биомаркера прогрессирования патологического процесса на доклинической стадии БГ [9].
В последние годы развитие методов ЭЭГ и ВП высокого разрешения позволило значительно повысить качество и точность оценки изменений функциональной активности мозга при заболеваниях центральной нервной системы и различных функциональных состояниях. Для этой цели используются многоканальная (128-256 каналов) регистрация ЭЭГ и ВП и новые методы компьютерной обработки, в частности LORETA (low resolution brain electromagnetic tomography -электромагнитная томография мозга низкого разрешения).
LORETA, введенная в 1994 г., - инновационный метод в области нейровизуализации с высоким временным разрешением, поскольку она позволяет продемонстрировать 3-мерную реконструкцию распределения электрической активности мозга и предлагает линейное решение обратной задачи [12]. В этой программе мозг представлен в виде 3-мерной сетки, состоящей из 2394 вокселов с пространственным разрешением 7 мм. LORETA использует сферическую модель головы, зарегистрированную в атласе человеческого мозга J. Talairach, P. Tournoux
[13]. Эта программа имеет относительно низкое пространственное разрешение, поскольку создает размытые изображения, сохраняя местоположение максимальной активности, но с определенной дисперсией. Тем не менее ее средняя ошибка локализации составляет всего одну ячейку сетки. По сравнению с другими методами решения обратной задачи LORETA показала наибольшую точность в локализации глубоких нейрональных источников [14].
Изучение КВПСП электрофизиологическими методами высокого разрешения ранее не проводилось. Анализ КВПСП с помощью 256-каналь-ной системы GES300 и программного обеспечения LORETA позволит с высоким пространственным и временным разрешением определить изменения параметров компонентов КВПСП на разных этапах заболевания и получить новые данные о реорганизации источников вызванного ответа при развитии БГ.
Цель исследования - оценить изменения амплитудно-временных характеристик, локализации источников КВПСП высокого разрешения и их интенсивности у носителей мутации в гене HTT на латентной и клинически выраженной стадиях БГ по сравнению с нормой.
Методика
В нашем пилотном исследовании мы оценивали чувствительность когнитивно-нейрофизиологических параметров для документирования прогрессирования заболевания на асимптомной и симптомной стадиях БГ (таблица).
Всем участникам проводились такие обследования: регистрация и анализ амплитудно-временных характеристик, локализации и интенсивности источников КВПСП с помощью 256-канальной системы GES300 и программного обеспечения LORETA. Для правильного выполнения оцифровки электродов и исключения ошибок регистрации проводилась фотограмметрия.
Участники исследования прошли тестирование по следующим шкалам: раздел "Оценка когнитивных функций" шкалы UHDRS (Unified Huntington's Disease Rating Scale - унифицированная шкала оценки болезни Гентингтона) (включает тест на беглость речи в словах, начинающихся на определенную букву, тест на сопоставление символов и цифр и тесты Струпа на чтение слов, называние цвета и интерферен-
цию), FAB-тест (Frontal Assessment Batter - батарея лобной дисфункции), тест MoCA (Montreal Cognitive Assessment - Монреальская шкала оценки когнитивных функций), тест создания альтернирующего пути (части А и Б), раздел "Анализ поведения" шкалы UHDRS, шкала HADS-SIS (Hospital Anxiety and Depression Scale-Smith Irritability Scale - госпитальная шкала тревоги и депрессии в комбинации со шкалой Снейта по оценке раздражительности).
У включенных в исследование здоровых лиц не было родственников с БГ или другими нейро-дегенеративными заболеваниями. Все они проходили неврологическое обследование, при этом критерием исключения было наличие неврологической или психической патологии.
Асимптомные носители мутаций в гене HTT не имели моторных нарушений по шкале UHDRS. При ДНК-диагностике у всех этих лиц было выявлено наличие мутации в гене HTT, причем число копий CAG-повторов было больше 37. У пациентов с дебютом БГ были выявлены моторные нарушения (общая сумма баллов при оценке двигательной функции по шкале UHDRS >6) [15].
Достоверных различий по психометрическим показателям между группами носителей мутаций в гене HTT и здоровых лиц не было.
Методика нейрофизиологического исследования объединяет парадигму Струпа с парадигмой переключения. Стимулы представляли собой 4 цветных слова (т.е. "красный", "синий", "желтый" и "зеленый"), расположенных в центре экрана. Эти цветные слова представлены либо в ромбе, либо в квадрате. Данные формы служат сигнальными стимулами, обозначающими правило задачи. Сигнал и целевой стимул разделены короткой задержкой в 150 мс. Когда предъявляется ромб, испытуемых просят реагировать в соответствии с "правилом цвета"; когда предъявляется квадрат, испытуемые реагируют в соответствии с "правилом слов". Субъекты реагируют указательными пальцами на "синий" (нажатие левой клавиши) и "желтый" (нажатие правой клавиши). Средние пальцы используются для реакции на "красный" (левый средний палец) и "зеленый" (правый средний палец). Для "правила цвета" испытуемые отвечают в соответствии с цветом, напечатанным словом, и игнорируют значение слова (например, "синий" напечатан зеленым цветом, испытуемые отвечают указа-
тельным пальцем левой руки). Для "правила слов" испытуемые реагируют в соответствии со значением слова и игнорируют цвет шрифта слова.
Результаты
Предварительный анализ показал, что параметры компонентов N2 и P3 КВПСП и локализация источников этих компонентов были изменены у больных БГ на стадии дебюта заболевания.
На рисунке (он размещен на 3-й обложке) приведены примеры КВПСП у здорового испытуемого, асимптомного носителя мутации в гене HTT и носителя мутации в гене HTT (55 повторов CAG) на стадии дебюта БГ. Локализация источника компонента N2 КВПСП у носителя мутации в гене HTT на преклинической стадии заболевания изменена по сравнению с нормой, в то время как у пациента с дебютом БГ отмечаются снижение мощности источника компонента N2 и изменение его локализации.
Заключение
Наше пилотное исследование показало, что нейрофизиологические характеристики таких когнитивных тестов, как тест Струпа и задание на переключения, достаточно чувствительны, чтобы обнаруживать изменения в прогрессиро-вании еще на доманифестной стадии заболевания. Наличие нейрофизиологических изменений у носителей мутации HTTдо начала клинических проявлений БГ, ассоциация с клинически значимыми параметрами и отсутствие подобных изменений в контрольной группе позволяют предположить, что эти показатели перспективны в качестве нового биомаркера преклинической стадии БГ.
Список литературы
1. Иллариошкин С.Н. и др. Болезнь Гентингтона. М.: Издательское предприятие "Атмосфера"; 2018. 472 с.
2. Клюшников С.А. Диагностика хореи Гентингтона на доклинической стадии и при атипичных вариантах заболевания (клинические и молекулярно-генетиче-ские сопоставления): Автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 1998. 28 с.
3. Tabrizi SJ et al. Huntingtin lowering strategies for disease modification in Huntington's disease. Neuron. 2019;102(4):899.
4. Jablonska M et al. Pridopidine in the treatment of Huntington's disease. Rev. Neurosci. 2020;31(4):441-51.
5. Ponomareva NV et al. Alpha-theta border EEG abnormalities in preclinical Huntington's disease. J. Neurol. Sci. 2014;344(1-2):114-20.
vj) № 2 • 2022
207
6. Юдина Е.Н. Морфофункциональные изменения головного мозга при болезни Гентингтона: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2014. 30 с.
7. Beste C et al. Response inhibition in Huntington's disease — a study using ERPs and sLORETA. Neuropsychologic 2008;46(5):1290-7.
8. Plenz D. When inhibition goes incognito: feedback interaction between spiny projection neurons in striatal function. Trends Neurosci. 2003;26(8):436-43.
9. Beste C et al. A novel cognitive-neurophysiological state biomarker in premanifest Huntington's disease validated on longitudinal data. Sci. Rep. 2013;3:1797.
10. Parris BA et al. An fMRI study of response and semantic conflict in the Stroop task. Front. Psychol. 2019;10:2426.
11. Aron AR et al. Stop-signal inhibition disrupted by damage to right inferior frontal gyrus in humans. Nat. Neurosci. 2003;6(2):115-6.
12. Pascual-Marqui RD et al. Low resolution electromagnetic tomography: a new method for localizing electrical activity in the brain. Int. J. Psychophysiol. 1994;18(1):49-65.
13. Talairach J, Tournoux P. Co-planar stereotaxic atlas of the human brain: 3-D proportional system: an approach to cerebral imaging. New York, NY: Theime; 1988. 122 c.
14. Pascual-Marqui RD. Review of methods for solving the EEG inverse problem. Int. J. Bioelectromagn. 1999;1(1):75-86.
15. Tabrizi SJ et al. Biological and clinical manifestations of Huntington's disease in the longitudinal TRACK-HD study: cross-sectional analysis of baseline data. Lancet. Neurol. 2009;8(9):791-801.
Иллюстрация к статье "Таргетная терапия болезни Паркинсона", авторы А.Э. Копытова, Т.С. Усенко, А.К. Емельянов, Г.В. Байдакова, Е.В. Григорьева, Г.Н. Рычков, Ф.М. Ибатуллин, Е.Ю. Захарова, С.М. Закиян, С.Н. Пчелина (стр. 103-110)
Контроль
GBA-БП
Рис. 1. Трехмерная структура молекулы GBA с мутацией N370S. Обнаружено 8 потенциальных сайтов связывания малых молекул (области связывания выделены цветом). 1 — обозначен активный сайт фермента, 2 — сайт связывания вблизи аминокислотного остатка N370, 3 — сайт связывания вблизи аминокислотного остатка L444.
Иллюстрация к статье "Оценка ранних клинико-биохимических маркеров болезни Паркинсона с помощью позитронно-эмиссионной томографии", авторы Е.А. Катунина, В.Е. Блохин, М.Р. Нодель, Э.Р. Москалец, М.В. Угрюмов (стр. 82-86)
у ч. : (^ т*
3 / к* t
Рис. 3. Иммунофлуоресцентное окрашивание нейронов, полученных от пациентов с GBA-БП и контрольных ИПСК, на нейронный маркер рШ-тубулин (ТШ1, зеленый сигнал) и маркеры ДН — тирозингидрокси-лазу (ТН, красный сигнал) и LMX1A (красный сигнал) на 61-й день дифференцировки нейронов.
Иллюстрация к статье "Новые возможности
использования когнитивных вызванных потенциалов высокого разрешения в оценке прогрессирования болезни Гентингтона", авторы Г.Р. Уразгильдеева, Н.В. Пономарева, Е.П. Колесникова, Н.Ю. Абрамычева, С.А. Клюшников, С.Н. Иллариошкин (стр. 205-208)
(б)
(в).
Рис. 4. Изменения дофаминового обмена по данным ПЭТ а — одностороннее снижение накопления радиофармпрепарата в области задних отделов скорлупы справа. б — незначительное одностороннее снижение накопления радиофармпрепарата в области задних отделов скорлупы слева.
Рис. 4. Локализация источников компонента N2 КВПСП у здорового испытуемого
27 лет (а), носителя мутации в гене HTT
28 лет, 41 повтор CAG, преклиническая стадия БГ (б) и носителя мутации в гене HTT 28 лет, 55 повторов CAG, дебют БГ (в).
