Международная команда нейробиологов из Орхусского университета в Дании обнаружила, что сила связи между желудочным ритмом и активностью головного мозга может служить биологическим маркером психического здоровья человека.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Mental Health, показано, что чем сильнее синхронизация между медленными сокращениями желудка и нейронной активностью в лобно-теменных областях мозга, тем выше уровень тревоги, депрессии и стресса у человека. Это открытие впервые предлагает объективный физиологический показатель психического состояния, основанный на взаимодействии внутренних органов с нервной системой.
До настоящего времени исследования связи между телом и психическим здоровьем фокусировались преимущественно на сердечно-сосудистой, дыхательной системах и нижней части желудочно-кишечного тракта (кишечнике). Ученые знали, что тревожные реакции в угрожающих ситуациях зависят от восходящей информации от сердца, а дыхательные ритмы изменяют «рисунки» (паттерны) активности мозга при обработке эмоций. Также активно изучается связь микробиома кишечника с психическим здоровьем.
Однако верхняя часть желудочно-кишечного тракта – желудок – остается не слишком исследованной, несмотря на то что в «народе» желудок считается местом локализации стресса и тревоги: о трудных решениях говорят, что они вызывают «ёкание в животе», а сильный стресс может вызвать тошноту. Да, через блуждающий нерв мозг контролирует желудок, но были найдены лишь физические аспекты этого контроля: адаптация пищевого поведения и регулирование уровня сахара в крови. Недавние эмпирические находки показали, что люди действительно часто локализуют чувства отвращения, страха и тревоги именно в области желудка, а фармакологическая модуляция желудочного ритма влияет на эмоциональную обработку информации.
В исследовании, которое подтвердило эти тезисы, приняли участие 243 человека в возрасте от 18 до 56 лет, которые прошли комплексное обследование в рамках проекта Visceral Mind в Центре функциональной интегративной нейронауки. Ученые одновременно проводили электрогастрографию (ЭГГ) – регистрацию электрической активности желудка – и функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) мозга в состоянии покоя. Желудок генерирует собственный миоэлектрический ритм частотой примерно 0,05 Гц (одно сокращение каждые 20 секунд), который создается интерстициальными клетками Кахаля и управляет мышечными сокращениями для пищеварения. Для регистрации этого ритма на живот участников помещали электроды после специальной подготовки кожи. Одновременно в МРТ-сканере записывалась активность мозга в течение 14 минут.
Исследователи вычислили синхронизацию фаз между желудочным ритмом и активностью каждого региона мозга, используя метод phase-locking value (PLV), который показывает степень согласованности колебаний. Мозг был разделен на 209 функциональных областей с помощью атласа DiFuMo. Все участники также заполнили 16 опросников, охватывающих 37 показателей психического здоровья: тревожность, депрессию, стресс, усталость, аутизм, СДВГ, эмпатию, бессонницу, интероцепцию, соматические симптомы, социальную поддержку, благополучие и качество жизни.
Ученые обнаружили статистически значимую желудочно-мозговую связь между сокращениями желудка и психическим здоровьем от позитивного к негативному полюсу. Эта связь проявилась усилением синхронизации между желудочным ритмом и активностью мозга в лобно-теменных областях, что оказалось сопряжено с повышенной тревожностью, депрессивными симптомами, стрессом и усталостью.
Наиболее сильные связи с желудком обнаружились в левой верхней угловой извилине, правой задней надкраевой извилине, левой нижней прецентральной борозде, левой задней верхней лобной извилине и левой задней внутритеменной борозде. Усреднение по крупномасштабным сетям мозга показало наибольшую вовлеченность дорсальной сети внимания, лобно-теменной сети контроля и вентральной сети внимания.
Важно подчеркнуть обратную зависимость: более здоровое психическое состояние (меньше тревоги, депрессии, стресса, выше субъективное ощущение благополучия) ассоциировалось со сниженной связью желудка с этими областями мозга. При этом модель обладала высокой предсказательной силой в том числе на независимой выборке. Анализ показал, что у 30% участников из независимой выборки обнаружились легкие депрессивные симптомы, у 19% – клинически значимые уровни СДВГ, у 19% – умеренные или тяжелые соматические симптомы, у 18% – повышенная тревожность.
Чтобы убедиться в специфичности результата, ученые провели серию контрольных испытаний. Они проверили, не объясняется ли обнаруженная связь остаточной функциональной связностью мозга, вариабельностью BOLD-сигнала (сигнала от крови в сосудах на фМРТ), влиянием сердечного или дыхательного ритмов на активность мозга. Во всех случаях значимых результатов не обнаружилось, что подтвердило уникальность именно желудочно-мозговой связи. Более того, не было обнаружено корреляций между самими показателями желудочной активности (частота, мощность ритма) и психическим здоровьем – значение имела именно сила связи с мозгом, а не базовая физиология желудка. Результаты сохранялись даже после исключения из анализа соматических симптомов, что указывает на независимость эффекта от желудочно-кишечных жалоб.
Исследователи интерпретируют полученный паттерн как указание на то, что усиленная желудочно-мозговая связь в областях, отвечающих за внимание и когнитивный контроль, может отражать дисфункциональную интероцепцию – нарушенное восприятие внутренних телесных сигналов. Левая верхняя угловая извилина, где эта связь проявилась наиболее сильно, известна как трансдиагностическая «горячая точка», вовлеченная в шизофрению и большое депрессивное расстройство. Механизмы нисходящего внимания и тормозного контроля могут иметь решающую роль для регуляции висцеро-церебральных ритмов при психических расстройствах.
Авторы честно признают несколько ограничений своей работы. Во-первых, процент исключенных данных ЭГГ оказался выше ожидаемого (около 30% вместо типичных 20%), что связано с очень строгими критериями качества сигнала. Два независимых эксперта визуально оценивали каждую запись, и включались только записи с четкими пиками в нормогастральном диапазоне. Однако дополнительные проверки показали, что исключенные участники не отличались по показателям психического здоровья или желудочно-кишечным симптомам от включенных, что снимает опасения о систематической ошибке отбора.
Во-вторых, исследование носит корреляционный характер и не позволяет установить причинно-следственные связи: неясно, приводит ли нарушение желудочно-мозговой связи к психическим проблемам или наоборот, либо они имеют общую причину. В-третьих, выборка была относительно однородной по возрасту (медиана 23 года) и включала больше женщин (138) чем мужчин (61), что ограничивает обобщаемость результатов. Наконец, авторы отмечают, что их размерный подход к психическому здоровью, хотя и более биологически обоснован, отличается от традиционных клинических диагнозов, поэтому экстраполировать результаты на клиническую практику нужно осторожно.
Тем не менее это исследование позволяет по-новому взглянуть на «воплощение» природы психических расстройств и предлагает потенциально новые мишени для вмешательств типа неинвазивной стимуляции блуждающего нерва, либо механических или фармакологических методов модуляции желудочного ритма, чтобы скорректировать «неправильную» желудочно-мозговую связь при тревоге и депрессии.
Текст: Анна Хоружая