Введение
Препульсная ингибиция (ППИ) – это неврологическое явление, при котором более слабый предшествующий стимул (препульс) подавляет реакцию организма на последующий сильный стимул, вызывающий рефлекс (пульс), часто с использованием рефлекса испуга. Стимулы обычно являются звуковыми, но также используются тактильные стимулы (например, воздушные потоки на кожу) и световые стимулы. При высокой препульсной ингибиции соответствующая однократная реакция испуга уменьшается. Снижение амплитуды рефлекса испуга отражает способность нервной системы временно адаптироваться к сильному сенсорному стимулу, когда организм получает предупреждающий сигнал в виде более слабого предшествующего стимула. ППИ наблюдается у множества видов, включая мышей и людей. Хотя степень адаптации затрагивает многие системы, наиболее удобно измерять мышечные реакции, которые обычно снижаются в результате нервного торможения. Дефицит препульсной ингибиции проявляется в неспособности фильтровать ненужную информацию и связан с нарушениями сенсомоторной регуляции. Такие дефициты наблюдаются у пациентов с заболеваниями, такими как шизофрения и болезнь Альцгеймера, а также у людей, находящихся под воздействием наркотиков, хирургических вмешательств или генетических мутаций. Результаты исследований ППИ у людей обобщены в обзорах Braff et al. (2001) и Swerdlow et al. (2008).
Процедура
Три основных компонента процедуры – препульс, стимул и рефлекс испуга. Используются различные интервалы между препульсом и импульсом, или ведущие интервалы: 30, 60, 120, 240 и 480 мс. Ведущий интервал отсчитывается от начала препульса до начала импульса. При интервале, превышающем 500 мс, наиболее вероятно последует облегчение препульса – усиление реакции. В качестве акустического стимула для испуга обычно используется кратковременный шум. Типичная продолжительность составляет 20 мс для препульса и 40 мс для импульса. В исследованиях с людьми используется фоновый шум 65–70 дБ, а в экспериментах с грызунами – 30–40 дБ. Препульс обычно устанавливается на 3–12 дБ громче фонового шума. Реакция испуга у грызунов измеряется с использованием так называемых автоматических камер испуга или камер стабилиметра, с детекторами, регистрирующими реакцию всего тела. Для представления средней реакции испуга рекомендуется использовать вычисленную среднюю величину. Поскольку эта метрика включает в себя также показатели отсутствия реакции, она обладает большей валидностью по сравнению со средней амплитудой. Базовая реакция испуга не влияет на общие уровни ингибирования препульса (ИПП) – это было впервые обнаружено в исследованиях на крысах и впоследствии подтверждено в исследованиях на мышах. Противоположная реакция, облегчение препульса (ОПП) – тенденция к увеличению реакции испуга после препульса низкой интенсивности – обычно наблюдается, когда интервал между стимулами превышает 500 мс. Считается, что ОПП, по крайней мере частично, отражает устойчивое внимание: препульс, если за ним не следует импульс в течение менее чем полусекунды, имеет тенденцию увеличивать вероятность реакции испуга, а не уменьшать ее. Другая переменная, влияющая на ингибирование и облегчение препульса, – это половые различия: у мужчин более высокий ИПП (то есть, когда препульс быстро следует за импульсом, у всех испытуемых наблюдается снижение реакции испуга, причем у мужчин оно часто меньше, чем у женщин), а у женщин – более высокий ОПП (то есть, когда препульс возникает более чем через полсекунды до импульса, у всех испытуемых наблюдается усиление реакции испуга, причем у женщин оно обычно больше, чем у мужчин). Для акустических стимулов моноауральный ИПП выше, чем бинауральный – реакция испуга снижается, когда стимул (шум) воспринимается только одним ухом, а не обоими. Даже самый первый препульс в тестовой сессии вызывает ингибирование, что указывает на то, что для этого эффекта не требуется обусловливание или обучение. Однако отсутствие обусловленности подвергалось сомнению. При этом тысячный препульс также вызывает ингибирование; это явление весьма устойчиво. На ответ и реакцию влияют продолжительность интервала и внимание. Считается, что короткие интервалы, используемые в задаче ИПП, не дают достаточного времени для активации произвольной реакции: реакция на импульсы и препульсы, разделенные короткими временными интервалами, считается непроизвольной. Препульсы могут быть восприняты с вниманием или игнорироваться, и внимание влияет на результат. В одном исследовании студентов колледжа попросили сосредоточиться на одном из типов препульсов – высокочастотном или низкочастотном – и игнорировать другой. Препульс, на который было обращено внимание, вызвал значительно большее ингибирование при интервале 120 мс по сравнению с игнорируемым, и значительно большее облегчение при интервале 2000 мс. Это отражает тенденцию испытуемых ожидать определенную частоту импульсного звука, эффект, который особенно выражен, когда препульс возникает за две секунды до импульса и когда слышны другие импульсы, которые сознательно "игнорируются". Увеличение продолжительности препульса приводит к увеличению ИПП: чем дольше препульс, тем больше снижение последующих реакций испуга. Устойчивый фоновый шум облегчает реакцию испуга, в то время как импульсный фоновый шум вызывает ингибирование.
Response and reaction are affected by interval duration and attention. It is thought that the short intervals used in PPI task do not give enough time for the activation of a volitional response: the reaction to pulses and prepulses separated by short time frames is believed to be involuntary. Prepulses could be attended or ignored, and attention affects the outcome. In one study, normal college students were instructed to attend to one of the kind of prepulses, high or low pitched, and ignore the other. Attended prepulse caused significantly greater inhibition at the 120 ms interval compared to the ignored one, and significantly greater facilitation at the 2000 ms interval. This reflects the tendency of subjects to expect to hear a particular frequency of pulsed sound, an effect that is highly pronounced when the prepulse occurs two seconds before the pulse and when there are other pulses being heard which are being consciously "ignored". Increased prepulse duration leads to increase in PPI: the longer the prepulse, the greater the reduction in subsequent startle responses. Steady background noise facilitates the startle response, while pulsed background produces inhibition.
История научной работы
Препульсное торможение было впервые описано в 1862 году Сеченовым и затем повторно открывалось как минимум дважды до того, как Говард С. Хоффман открыл его вновь в 1963 году. Хоффман впервые использовал термин "препульс". Он продолжал свои исследования рефлекса испуга до 1980-х годов. Его многочисленные публикации о рефлексе и его модификации заложили основу для широкого использования препульсного торможения в современных исследованиях шизофрении и других расстройств. Одна из возможных причин повторных открытий заключается в том, что это явление путали с павловским обусловливанием. Другая причина в том, что оно плохо соответствовало существующим теориям того времени.
Разрушение
Нарушения PPI изучаются у людей и многих других видов. Наиболее изучены дефициты PPI при шизофрении, хотя это заболевание не единственное, связанное с такими дефицитами. Они наблюдаются при паническом расстройстве (Ludewig, et al., 2005), шизотипическом расстройстве личности, обсессивно-компульсивном расстройстве (Swerdlow et al., 1993), болезни Хантингтона, ночном недержании мочи и синдроме дефицита внимания (Ornitz et al. 1992), а также при синдроме Туретта (Swerdlow et al. 1994; Castellanos et al. 1996). Согласно одному исследованию, у людей с височной эпилепсией, сопровождающейся психозом, также отмечается снижение PPI, в отличие от пациентов с височной эпилепсией без психоза. Таким образом, дефицит PPI не характерен для какого-либо конкретного заболевания, а указывает на нарушения в определенной мозговой цепи.
Дефицит PPI при шизофрении
Дефицит PPI является хорошо описанным признаком при шизофрении, первое сообщение о котором датируется 1978 годом. Эти аномалии также наблюдаются у непораженных родственников пациентов. В одном исследовании пациенты не продемонстрировали увеличения PPI в ответ на сопровождающие препульсы. Дофамин, играющий ключевую роль в шизофрении, показал способность регулировать сенсомоторное торможение в моделях на грызунах. Эти данные согласуются с дофаминовой гипотезой шизофрении. Теоретически, нарушение PPI при шизофрении может быть связано с процессами сенсорной перегрузки и когнитивной фрагментации. PPI может быть полезен в качестве эндофенотипа при диагностике шизофрении. Антипсихотические препараты повышают PPI у пациентов, причем атипичные антипсихотики оказывают более выраженный эффект. У пациентов наблюдается такое же гендерное различие в PPI, как и у здоровых людей: у мужчин PPI выше, чем у женщин. Важным наблюдением является то, что у пациентов наблюдается специфический дефицит PPI при интервалах препульсов в 60 мс по сравнению с интервалами других длительностей; это сохраняется даже на фоне антипсихотической терапии. Этот факт соотносится с высокой распространенностью курения среди пациентов с шизофренией, оцениваемой в 70%, при этом многие пациенты выкуривают более 30 сигарет в день. Некоторые исследования демонстрируют связь шизофрении с генами CHRNA7 и CHRFAM7A, кодирующими альфа-7-субъединицу никотиновых рецепторов, однако другие исследования не подтверждают эту связь. Вопреки ожиданиям, мыши с нокаутом альфа-7-субъединицы никотинового рецептора не демонстрируют нарушений PPI.