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.

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.