Анализ динамической функциональной связности выявляет преходящие состояния нарушения связности при шизофрении

Шизофрения — психотическое расстройство, характеризующееся нарушением функциональной связности, то есть патологическим взаимодействием между удалёнными отделами головного мозга. Согласно результатам недавних исследований с использованием функциональной визуализации, у пациентов нарушена функциональная связность между таламусом и корой в масштабах крупных мозговых сетей. Однако различия в связности при шизофрении, выявленные в разных исследованиях, были непостоянными: для одних и тех же отделов мозга описывали как усиление, так и снижение связности. С использованием функциональной визуализации в состоянии покоя при закрытых глазах и анализа независимых компонент на многоцентровой выборке, включавшей 151 пациента с шизофренией и 163 здоровых человека, сопоставимых по возрасту и полу, мы разложили данные о функциональной активности мозга на 100 компонент и определили 47 из них как функционально значимые внутренние сети связности. Затем мы оценили межсетевую функциональную связность между группами как в статическом, так и в динамическом режиме. Статическую связность рассчитывали по парным корреляциям Пирсона между полными временными рядами активности сетей продолжительностью 5,4 минуты, а динамическую — с помощью скользящих окон продолжительностью 44 с и кластеризации методом k-средних, что позволило охарактеризовать пять дискретных состояний функциональной связности. Статический анализ показал, что по сравнению со здоровыми людьми у пациентов значительно сильнее связаны таламус и сенсорные сети — слуховая, двигательная и зрительная, то есть наблюдается гиперсвязность, — тогда как связность между сенсорными сетями всех модальностей снижена, что соответствует гипосвязности. Динамический анализ показал, что (1) в среднем пациенты с шизофренией проводят значительно меньше времени, чем здоровые люди, в состояниях, характеризующихся сильной связностью в масштабах крупных мозговых сетей, и (2) в этих состояниях патологические особенности связности выражены сильнее. В частности, именно в состояниях, характеризующихся антагонизмом между корковыми и подкорковыми структурами (антикорреляциями) и выраженной положительной связностью между сенсорными сетями, наблюдались межгрупповые различия в виде гиперсвязности таламуса и гипосвязности сенсорных сетей. В других состояниях связности межгрупповые различия были слабо выражены или отсутствовали. Динамический анализ также выявил гипосвязность между скорлупой и сенсорными сетями в тех же состояниях, для которых была характерна гиперсвязность таламуса; примечательно, что при статическом анализе связности этот результат обнаружить невозможно. Наконец, в апостериорном анализе мы установили, что у пациентов изменена взаимосвязь между мощностью низкочастотных колебаний подкорковых структур и их связностью с сенсорными сетями, что указывает на различия во взаимодействии подкорковых ядер с сенсомоторной корой во время определённых состояний связности. Несмотря на выявленные существенные различия между пациентами с шизофренией и здоровыми людьми, результаты следует интерпретировать с осторожностью с учётом лекарственного анамнеза пациентов. В совокупности полученные данные подтверждают и расширяют современные представления о нарушении связности при шизофрении и убедительно свидетельствуют в пользу применения динамического анализа для более точной оценки и понимания различий функциональной связности.