Генетика показателей активности мозга

1. Генетика показателей активности мозга

2. Нейрогенез – процесс возникновния нейронов

• «Нервные клетки не восстанавливаются»
(Рамон-и-Кахаль, 1928г.)
• Первые свидетельства взрослого
нейрогенеза (появления новых нейронов
у взрослых людей) – конец XX века
(Дж.Альтман, М.Каплан) и др. Идея
принята не была
• XXI век – нейрогенез у детей
(прекращается к 13 годам)

3. Взрослый нейрогенез происходит лишь в ограниченных участках мозга млекопитающих

• Положительное влияние:
химические вещества (в
т.ч. антидепрессанты),
обогащенная среда,
добровольная физическая
активность
• Отрицательное влияние:
стресс, химические
вещества

4. В процессе формирования нейрона возрастает активность генов

Методом ДНК-РНК-гибридизации было
показано, что по мере формирования
нейрона возрастает объем
активированной генетической
информации:
• в нейронах 22-недельного эмбриона
активны около 8% генов
• в нейронах взрослого человека
активны 25% и более генов
• по мере роста усиливается активность
и сложность генных эффектов в
нейронах

5. Особенности ранних этапов развития ЦНС

Избыточность в образовании количества нейронов и
синапсов в ходе эмбриогенеза
• нейронов в эмбриогенезе мозга
возникает значительно больше, чем
есть у взрослого
• формирующиеся нейроны образуют
заведомо большее, чем требуется,
количество синапсов.
• по мере созревания ЦНС избыточность
устраняется: происходит апоптоз
(регулируемый процесс генетически
обусловленной клеточной гибели)
• таким образом контролируется рост
числа нейронов и их контактов.

6. Синаптогенез – образование контактов между нейронами

• Избыточный синаптогенез у человека происходит в
течение первых двух лет жизни.
• Число синапсов снижается и приближается к
взрослому уровню к 7-10 годам.
• Процесс избирательной стабилизации синапсов
происходит под влиянием опыта: сохраняются
именно активные контакты
Следовательно:
• У детей раннего возраста высока потенциальная
способность усваивать опыт
• Разнообразие опыта, полученного в этом возрасте,
влияет на дальнейшее развитие ребенка

7. Мозг: индивидуальные особенности

• Индивидуальные различия в работе
мозга, видимо, связаны с
особенностями обмена веществ в мозге
• Выявлено семейное сходство в рисунке
борозд коры мозга
• Сравнение мозга МЗ близнецов
выявило значительное сходство
морфологических особенностей,
причем в левом полушарии больше,
чем в правом

8. Электроэнцефалография

Метод регистрации и анализа
электроэнцефалограммы
(ЭЭГ), т.е. суммарной
биоэлектрической активности
мозга.
Изучение эклектрических процессов мозга
берет начало в работах Р. Катона (1875),
И.М. Сеченова (1882). Первая запись ЭЭГ
человека получена Г.Бергером (1928), им
же предложено название

9.

• Биполярный метод ЭЭГ: оба электрода
помещаются в электрически активные точки
скальпа. Регистрируется ЭЭГ, представляющая
результат взаимодействия двух электрически
активных точек (например, лобного и
затылочного отведений)
• Монополярный метод ЭЭГ: один из электродов
располагается в точке, которая условно
считается электрически нейтральной (мочка уха,
переносица). Регистрируется активность одного
отведения (например, лобного) относительно
электрически нейтральной точки.
Монополярный метод позволяет изучать
изолированный вклад той или иной зоны мозга в
изучаемый процесс, в исследованиях
используется шире.
Условная схема регистрации
ЭЭГ при монополярном
отведении с референтным
электродом на мочке (слева)
уха и биполярных
отведениях(справа).

10. Система 10-20

У испытуемого измеряют расстояние между серединой
переносицы (назионом) и твердым костным бугорком
на затылке (инионом), а также между левой и правой
ушными ямками.
Возможные точки расположения электродов разделены
интервалами, составляющими 10% или 20% этих
расстояний на черепе.
На черепе выделяют области: F — лобная, О —
затылочная область, Р — теменная, Т — височная, С —
область центральной борозды. Нечетные номера мест
отведения относятся к левому, а четные — к правому
полушарию. Буквой Z — обозначается отведение от
верхушки черепа. Это место называется вертексом.

11. Анализ ЭЭГ

• Визуальный анализ: выделение характерных
особенностей ЭЭГ, отличающих данную запись от
других. Оценивается выраженность и соотношение
отдельных ритмических составляющих, соответствие
норме и т.д. Существуют стандарты описания ЭЭГ, но
многое зависит от опыта электрофизиолога. Метод
позволяет увидеть патологии и пограничные
состояния
• Статистический анализ – с использованием методов
статистической обработки. Например, выделение
квазистационарных участков (с постоянными
статистическими параметрами, для ЭЭГ
стационарность может сохраняться несколько
секунд) ЭЭГ, отражающих физиологические
состояния соответствующих отделов головного мозга
и определяющих ряд диагностических признаков.

12.

• Повторная регистрация ЭЭГ человека в
тех же условиях показывает высокую
внутрииндивидуальную
воспроизводимость паттерна ЭЭГ (такие
параметры как средняя частота, альфаиндекс и др.).
• Индивидуально-специфический паттерн
ЭЭГ человека складывается к 15-18 годам
и сохраняется на протяжении всей жизни;
некоторые изменения появляются только
в пожилом возрасте (преимущественно у
женщин).

13. Генетическая обусловленность ЭЭГ

• Первые исследования – в 30-х годах XX века
• Общее число исследований невелико (чуть более 40)
• Использовались разные вариации при проведении
исследования. Например, в обследовании близнецов
применяли и монополярный, и биполярный варианты
записи ЭЭГ, могли использовать разные отведения, не
всегда строго соответствующие позициям по системе
«10—20»
• во многих, особенно ранних, исследованиях принимало
участие сравнительно небольшое число близнецовых
пар, авторы часто ограничивались оценкой
конкордантности общего рисунка ЭЭГ или вычислением
внутриклассовых корреляций в группах МЗ и ДЗ
близнецов по отдельным параметрам ЭЭГ.

14. Генетическая обусловленность ЭЭГ

• Почти полная идентичность рисунка ЭЭГ у МЗ близнецов
и гораздо меньшее сходство — у ДЗ близнецов.
• У МЗ близнецов, разлученных с раннего детства,
наблюдается высокое сходство паттернов ЭЭГ.
• Поэтому был сделан вывод о значительной роли
наследственных факторов в формировании
индивидуальных особенностей рисунка ЭЭГ.

15. Исследования Ф.Фогеля (с соавторами)

использовались близнецовый, генеалогический и популяционный методы
Наследуемые типы ЭЭГ по
Фогелю:
1 — низковольтная;
2 — низковольтная
пограничная;
3 — затылочные медленные βволны (быстрый α-вариант);
4 — монотонные α-волны;
5 — фронто-прецентральные
β-группы;
6 — диффузные β-волны.

16. Наследуемые ЭЭГ-варианты по Фогелю

Вариант ЭЭГ
Тип
Психологические особенности
наследования пробандов
Низковольтная аутосомноНизковольтная доминантный
(пограничн. вариант)
Затылочные
в основном
медленные
аутосомнобета-волны
доминантный
(быстрый
альфа-вариант
16-19 Гц)
расслаблены, беззаботны,
экстраверты, ориентированы на
группу, малоинициативны;
интеллект выше среднего, низкие
показатели в тестах на внимание
высокий интеллект, способность к
абстрактному мышлению;
хорошие двигательные
способности
Нейрофизиологические
особенности
(гипотетические)
слабые модуляция и селективное усиление афферентных стимулов
способность быстро обрабатывать информацию
благодаря повышенной
частоте альфа-ритма
Фрагмент. Полный вариант таблицы есть в
учебнике или в интернете

17.

• Обнаружены доказательства биохимических
различий пробандов, обладающих первым и
вторым вариантами ЭЭГ, в активности
дофамин-бета-гидроксилазы (фермент,
участвующий в метаболизме норадреналина –
медиатора симпатической НС).
• Уровень активности этого фермента при
монотонных альфа-волнах почти вдвое
больше, чем при низковольтной ЭЭГ.
• Обнаружили связанный ген, расположенный в
20-й хромосоме.

18. Реакция ЭЭГ на нагрузку и изменения состояния

ЭЭГ реагирует на
• сенсорную стимуляцию (простую и усложненную): световые
вспышки разной частоты, разномодальные стимулы
(звук+свет) и др.
• стимуляцию автономной нервной системы (гипервентиляцию
легких, задержку дыхания)
• решение простых мыслительных задач в уме
Трудно формализовать воздействие и оценить реакцию у испытуемых

19. Депрессия альфа-ритма

• Наблюдается при предъявлении изображения (чем сложнее
изображение, тем дольше блокада)
• Если стимулы предъявляются с определенной периодичностью,
наблюдается навязывание ритма – перестройка ритмики ЭЭГ на
частоту стимуляции (или кратную ей)
• Характеристики реакции навязывания ритма более сходны в
парах МЗ близнецов, чем в парах ДЗ близнецов
• Таким образом, индивидуальный характер реагирования при
действии простой сенсорной стимуляции имеет наследственную
природу.

20. Умственная деятельность (решение задач)

• уменьшение межиндивидуальной
вариативности и снижение влияния
наследственности на параметры ЭЭГ
(работа М. Камитаке)
• НО! В этом исследовании отмечено
снижение влияния наследственности
на изменения ЭЭГ под воздействием
сенсорных раздражителей
• Для общих выводов недостаточно
данных

21. Фармакологическая электроэнцефалография

изучает изменения ЭЭГ под действием лекарственных препаратов
• Прием алкоголя увеличивает синхронизацию ЭЭГ (уменьшается доля
бета-волн и возрастает доля альфа- и тэта-волн),
• В динамике ЭЭГ существуют большие индивидуальные различия
• Изменение амплитудно-частотных параметров ЭЭГ под влиянием
алкоголя обнаруживает высокую наследуемость

22.

• Меньшая выраженность альфа-волн в
покое – наиболее сильная реакция на
алкоголь (большая выраженность и
регулярность альфа-волн
• У МЗ близнецов с таким типом
реагирования высокая конкордантность,
в отличие от ДЗ близнецов
• Вероятно, в реакции мозга на алкоголь
существуют генетически
детерминированные различия
(картинки про
алкоголь не будет)

23. Вызванный потенциал

Биоэлектрическое колебание, возникающее в ответ на внешнее
раздражение и находящиеся в строго определенной временной
связи с началом его действия.
• Стимулы: относительно элементарные,
поддающиеся количественной оценке
раздражители (вспышки определенной
интенсивности, шахматные поля с разным
размером ячейки (зрительные ВП), звуковые
тоны заданной частоты и интенсивности
(слуховые ВП), слабые удары)

24.

КВП (Р300) у здоровых
испытуемых разного возраста.
А – сенсорная часть ответа
(комплекс N-P) –
усреднение ответа на
незначимый стимул; Б –
сенсорная (N1-P2) и
когнитивная (N2-P3-N3) части
ответа при усреднении
ответов на значимый стимул;
1 − здоровый испытуемый А., 25
лет, латентный
период Р300 – 331 мс,
амплитуда – 12 мкВ; 2 –
здоровый испытуемый Л., 55
лет, латентный период
Р300 – 363 мс, амплитуда – 6,8
мкВ
Зуева И. Б., Ванаева К. И., Санец Е. Л. Когнитивный
вызванный потенциал Р300: Роль в оценке когнитивных
функций у больных с артериальной гипертензией и
ожирением //Сибирский научный медицинский журнал. –
2012. – Т. 32. – №. 5.

25. Влияние психической деятельности на физиологические показатели

• сердечно-сосудистой системы,
• дыхательной,
• мышечной,
• выделительной,
• ...
Обычно наблюдается
индивидуальная специфичность и
воспроизводимость при
повторных регистрациях в
одинаковых условиях
Роль
генотипа