Когнитивный резерв
Нельзя быть слишком старым человеком, чтобы улучшать работу вашего мозга. Самые последние исследования показывают, что резерв мозга можно выстраивать в любой период жизни.
Актуальность. Практическое значение концепции «когнитивный резерв» заключается в использовании ее для планирования тактики ведения каждого пациента с целью профилактики развития деменции с помощью нелекарственных и лекарственных методов. Так, в ряде клинических исследований установлена эффективность когнитивных тренировок, способных замедлить развитие когнитивного снижения у пожилых людей, а также улучшить их мыслительные способности (по результатам многих проспективных исследований последних лет, лица с высоким когнитивным резервом имеют [!!!] более низкий риск развития деменции).
Еще 30 лет назад ученые, изучая мозг, обратили внимание, что у части людей обнаруживаются выраженное накопление бляшек и другие признаки болезни Альцгеймера. Но при этом при жизни у этих пациентов не было признаков болезни. Почему? Оказалось, все дело в мозге - их мозг был чуть больше по массе и имел больше нейронов и синаптических связей, чем в среднем по возрастной группе. Таким образом, больший мозг защищал и компенсировал уже возникшие нейродегенеративные заболевания. Ученые назвали это явление - когнитивный резерв.
Когнитивные функции человека в норме обеспечиваются пространственно-временными нейрофизиологическими процессами передачи информации по проводящим путям белого вещества и в пределах нейрональных связей в коре головного мозга. Часто используемый в последнее время термин «когнитивный резерв» (КР) подразумевает способность мозга справляться [1] с последствиями его повреждения (например, в результате инсультов, травм, хронических цереброваскулярных, нейродегенеративных заболеваний) или [2] с возрастными изменениями; а также подразумевает его способность к функциональной компенсации и минимизированию клинической манифестации когнитивной несостоятельности. Y. Stern (2002) охарактеризовал КР как способность головного мозга оптимизировать или максимально увеличивать свою производительность за счет дифференцированного набора нейрональных связей, что, возможно, приводит к использованию альтернативных когнитивных стратегий. Поскольку нейрональные реакции в головном мозге, связанные с КР, являются нормальным ответом на усложнение когнитивной задачи, это определение предполагает, что КР имеется как у здоровых людей, так и в условиях патологии мозга и выражается в активизации нейрональных связей мозга. По сути, человек, у которого деятельность нейрональных связей головного мозга более эффективна или в головном мозге могут образовываться альтернативные нейрональные связи и, соответственно, вырабатываться когнитивные стратегии в ответ на повышение когнитивной нагрузки, может иметь больший КР.
В нейронауках при изучении когнитивных функций в норме и при патологии для объяснения несоответствия между степенью выраженности патологии мозга и клиническими проявлениями при многочисленных заболеваниях головного мозга предложено разделять понятия [1] «мозговой резерв» (МР) и [2] «когнитивный резерв». МР предполагает, что некоторые исходные условия физиологии [и морфологии] мозга, часто измеряемые с помощью методов нейровизуализации, в значительной степени нивелируют наблюдаемые клинические симптомы. Как правило, резерв (любого типа) представляет собой индивидуальную изменчивость функциональной или структурной целостности нервной системы, которая модифицирует когнитивные и поведенческие способности человека в случае возникновения патологии головного мозга. Однако для объяснения механизмов устойчивости к невропатологическим изменениям (особенно при деменции) наиболее часто используется понятие «КР».
Таким образом, существует две концепции КР: [1] одна представляет его как пассивный процесс - резерв определяется с точки зрения размера повреждения головного мозга, которое отмечается до достижения порога клинического проявления (см. далее МР); [2] другая предполагает, что головной мозг активно пытается справиться с патологией или компенсировать ее. Эти два подхода не являются взаимоисключающими:
МР - это «пассивная» форма, которая, как полагают, зависит от структурных особенностей головного мозга. Считается, что пациенты с меньшим МР имеют более низкий порог для развития и проявления функциональных нарушений, вызванных заболеваниями мозга. Гипотеза МР заключается в том, что по мере уменьшения объема мозга или синаптической плотности у лиц с большим преморбидным МР симптомы развиваются медленнее и менее выражены, чем у лиц с меньшим исходным МР. Эта гипотеза нашла подтверждение при изучении болезни Альцгеймера (БА).
КР характеризует «активный» механизм противостояния развитию патологического процесса в головном мозге. В отличие от МР («аппаратного обеспечения») КР аналогичен «программному обеспечению» мозга (по аналогии с компьютером) и описывает устойчивость конкретной когнитивной функции к патологии головного мозга или способность использовать альтернативные функции, когда определенная функция нарушается. Лица с повышенным КР более образованны, имеют более высокий уровень интеллекта, более успешны в профессиональном плане.
Обратите внимание! Термин «КР» означает физиологическую устойчивость функциональных нейрональных связей, тогда как термин «МР» относится к структурным различиям нейронных субстратов. Очевидно, что разделение понятия резерва на структурный (т.е. МР) и функциональный (т.е. КР) компоненты предполагает наличие двух разных, не тождественных друг другу механизмов.
Модель КР, предложенная в 1993 г. Р. Satz, основана на понятии резервной емкости мозга (РЕМ, brain reserve capacity), которая определяется размером мозга и количеством синапсов (пассивная модель КР). Также вводится понятие критического порога РЕМ, при пересечении которого возникают клинические и функциональные симптомы когнитивной недостаточности. Таким образом, большую РЕМ можно считать фактором, защищающим от когнитивной дисфункции (в нескольких исследованиях обнаружено, что лица с большей массой головного мозга или окружностью головы менее склонны к развитию БА, а при возникновении у них БА симптомы менее выражены - это объяснялось тем, что у лиц с большей массой головного мозга имеется большее количество синапсов и для достижения критического порога БА необходимо больше времени).
Существует несколько причин, позволяющих назвать МР пассивной моделью КР. Во-первых, этот тип модели предполагает, что существует фиксированное ограничение или порог, при достижении которого функциональное ухудшение будет отмечаться у всех. В случае БА этот порог может наступать при истощении плотности нейрональных синапсов до определенного количества. Во-вторых, пороговые модели являются по существу количественными моделями. Они предполагают, что определенный тип повреждения головного мозга будет одинаково проявляться у каждого человека и что повторяющиеся случаи повреждения головного мозга суммируются (количество переходит в качество). Индивиды отличаются только общими параметрами головного мозга, а повреждение головного мозга достаточно или недостаточно для истощения РЕМ до критического уровня. Согласно пороговой модели КР, при истощении нервных синапсов за пределами некоторой критической точки (точка модификации) появляются первые симптомы заболевания, после этого в какой-то момент истощение нейронов приведет к достаточно выраженным симптомам, чтобы клиническая картина нейродегенерации (в частности, БА) стала явной (см. рисунок):
Существуют определенные межиндивидуальные различия в РЕМ, которые приводят к более позднему или более раннему появлению клинических симптомов. У пациентов с большим запасом РЕМ симптомы дебютируют позже (при этом потеря синапсов должна быть более выраженной для проявления клинических симптомов). И наоборот, симптомы появляются раньше у пациента с меньшей РЕМ. Поскольку КР опосредует связь между [1] патологией и [2] ее клиническим проявлением, уровень РЕМ также должен влиять на тяжесть клинических симптомов после того, как порог их появления был пройден. На любом уровне развития патологического процесса у пациентов с большим запасом РЕМ отмечаются менее серьезные клинические признаки нейродегенерации [в частности БА]. Вместе с тем при любом уровне РЕМ более тяжелая патология приводит к более выраженному клиническому дефициту.
Пороговая модель РЕМ (и соответственно модель КР) не учитывает индивидуальные различия, например, каким образом поврежденный мозг обрабатывает когнитивные или функциональные задачи. Также непонятны потенциальные качественные различия дефекта в зависимости от типа повреждения головного мозга. Полученные результаты не отрицают важность пороговой модели когнитивного резерва, они просто показывают, что данная модель сама по себе, вероятно, недостаточна для объяснения всех особенностей КР.
Однако пороговая модель КР (пассивная модель КР), вероятно, недостаточна для объяснения всех особенностей КР, так как не учитывает [1] индивидуальные различия (например, каким образом поврежденный мозг обрабатывает когнитивные или функциональные задачи) и [2] потенциальные качественные различия дефекта в зависимости от типа повреждения головного мозга.
Активная модель КР предполагает, что мозг активно пытается компенсировать свое повреждение. Эта модель может включать как минимум два вида КР: [1] первый - собственно КР, который может заключаться в использовании нейрональных связей головного мозга или когнитивных парадигм, которые менее подвержены нарушению (возможно, этот тип резерва является нормальным процессом, характерным для здоровых людей при решении определенных задач); [2] второй - это компенсация, т. е. использование мозговых структур или нейрональных связей, которые обычно не востребованы у здоровых лиц, для восполнения ущерба, нанесенного повреждением головного мозга.
Таким образом, концепция КР головного мозга рассматривает его с точки зрения потенциального механизма борьбы с повреждением (активная модель КР) с учетом [с поправкой на] РЕМ, т.е. участия дополнительных синапсов или увеличение числа дополнительных нейронных сетей (пассивная модель КР) [феномен КР объясняется активной и пассивной гипотезами]. Концепция КР объясняет результаты многочисленных исследований, в которых показано, что уровень интеллекта, общего и профессионального образования является предиктором того, что повреждение головного мозга должно быть достаточно значительным, прежде чем проявится функциональный дефицит. Гипотеза КР утверждает, что головной мозг у лиц с большим КР обрабатывает поставленные задачи более эффективно, а положение, что мозг у этих лиц анатомически отличается (например, у них больше синапсов) от такового у лиц с меньшим резервом, неверно (в клинической практике достаточно часто выраженность атрофии головного мозга не коррелирует со степенью когнитивного дефицита).
Модель КР опровергает утверждение, что существует определенный фиксированный порог количества нейрональных синапсов, при превышении которого развивается функциональный дефицит. Данный критический порог отличается у разных людей, в зависимости от того, насколько эффективно используется сохранный нейронный субстрат. [!!!] Гипотеза КР фокусируется «больше на том, что осталось, и меньше на том, что потеряно».
Выбор методик для определения КР зависит от концепции КР, поддерживаемой конкретным исследователем. Наиболее эффективными методами измерения КР являются анатомические методики, такие как морфометрия, измерение окружности головы, определение количества нейрональных синапсов. В последнее время наиболее информативным методом изучения функционирования мозга стала функциональная МРТ [фМРТ], основанная на выявлении повышенной активности одних отделов мозга по сравнению с другими во время выполнения когнитивных задач. Параметры фМРТ более точно отражают степень КР, чем размеры мозга: при больших объемах мозга меньшая активность соответствующих областей, ответственных за выполняемую когнитивную задачу, сопряжена с высоким когнитивным потенциалом, а при появлении атрофии мозга лучшие когнитивные показатели наблюдаются при повышении активности этих областей.
Возникает вопрос: является ли проявлением КР больший объем головного мозга и связан ли он (объем мозга) с меньшим риском развития деменции? В нескольких исследованиях такая зависимость подтверждена. Так, например, P.W. Schofield и соавт. (1997) провели популяционное исследование распространенности деменции у 649 пожилых людей. Результаты оценивали в зависимости от возраста, образования, этнической принадлежности и роста. У женщин с меньшей окружностью головы симптомы БА отмечались в 2,9 раза чаще, у мужчин с меньшей окружностью головы - в 2,3 раза чаще. Эти данные свидетельствуют о том, что лица с более крупным мозгом могут иметь больший КР. В других исследованиях в качестве показателей КР использовались грамотность, коэффициент интеллекта (IQ) и оценка конкретных когнитивных функций. Исследователи когнитивного резерва при БА считают, что прогрессирование альцгеймеровского патологического процесса не зависит от исходного количества нейронов. Однако в ряде работ предложено несколько механизмов, благодаря которым хроническая активизация нейронов, связанная с образовательными процессами (например, изучение иностранного языка) или другими воздействиями, может быть фактически защитой от развития БА. Кроме того, генетические особенности, которые определяют резервные факторы (размер мозга или объем памяти), могут влиять и на развитие патологии мозга. Недавно было признано, что взрослый мозг непрерывно генерирует новые, функционирующие нейроны. Один из предложенных механизмов КР заключается в пластичности мозга. Процессы структурной, синаптической и функциональной нейрональной пластичности, нейрогенеза могут способствовать умственной и когнитивной устойчивости.
Запомните! Феномен КР объясняется активной и пассивной гипотезами. Согласно пассивной, структурные особенности, такие как объем мозга, высокая степень синаптических контактов, приобретают буферные функции по отношению к повреждению. Признаки (симптомы) деменции не появляются, пока не будет преодолен определенный порог повреждения. Прогрессирующая атрофия регионов мозга, несомненно, является основой для клинических проявлений деменции при нейродегенеративных заболеваниях, однако корреляция между степенью повреждения мозга и когнитивными признаками не является линейной. Активные концепции КР объясняют функциональную устойчивость мозга к повреждению способностью более эффективно использовать существующие связи или рекрутировать при необходимости альтернативные мозговые пути, которые не вовлекались ранее в решение подобных задач, когда повреждения не было. Отличие заключается в оптимизации или максимизации обычных стратегий исполнения когнитивных задач, что позволяет поддерживать определенный уровень когнитивных процессов, несмотря на прогрессирующую нейродегенерацию. Таким образом, степень выраженности атрофии мозга является хотя и предрасполагающим, но не облигатным фактором когнитивного снижения. Одним из существенных, но неконтролируемых факторов риска снижения КР является возраст. Если возраст является неконтролируемым фактором снижения КР, то образование, профессия, регулярная физическая активность являются управляемыми факторами его повышения и снижения риска развития деменции (метаанализ значительного числа клинических исследований [в них было включено более 29 000 обследованных] показал, что высокий исходный уровень КР ассоциирован с 50% снижения риска развития деменции в последующем). Ранее предполагалось, что наиболее значимым для последующего развития интеллекта индивидуума является полученный в раннем детстве опыт, однако последующие исследования показали, что важный вклад в формирование КР вносит поддержание интеллектуальной деятельности в течение последующей жизни. Более высокий уровень испытываемых индивидуумом в течение жизни интеллектуальных нагрузок и высокий уровень образования связаны с меньшей вероятностью развития когнитивных расстройств в последующем. Одним из факторов, обеспечивающих формирование и поддержание высокого уровня КР, является также билингвизм, делающий возможным переключение с одного языка на другой в процессе общения и построении грамматически правильных фраз, что требует высокоэффективных процессов контроля. Сказанное подтверждается наблюдениями, что многие нейропсихологические тесты намного лучше выполняются владеющими двумя языками взрослыми и пожилыми лицами, чем их ровесниками, владеющими только одним языком. [!!!] Практическое значение концепции КР заключается в использовании ее для планирования тактики ведения каждого пациента с целью профилактики развития деменции с помощью лекарственных и нелекарственных методов.
Подробнее о КР в следующих источниках:
статья «Когнитивный резерв: причины снижения и защитные механизмы» Слободин Т.Н., Горева А.В.; Национальная медицинс-кая академия последипломного образования им. П.Л. Шупика, г. Киев (Международный неврологический журнал, №3, 2012) [читать];
статья «Когнитивный резерв и когнитивные нарушения: лекарственные и нелекарственные методы коррекции» Дайникова Е.И., Пизова Н.В.; ГБОУ ВПО «Ярославская государственная медицинская академия» МЗ РФ, Ярославль (журнал «Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика» спецвыпуск №2, 2014) [читать];
статья «Когнитивный резерв, когнитивные нарушения и возможность их медикаментозной коррекции» П.Р. Камчатнов, ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова», Москва (Журнал неврологии и психиатрии, №3, 2014) [читать];
статья «Когнитивный резерв как психологический и психофизиологический ресурс в период старения» О.Ю. Стрижицкая, Санкт-Петербургский государственный университет, РФ, Санкт-Петербур (журнал «Вестник санкт-петербургского университета» №2, 2016) [читать];
презентация «Концепция когнитивного резерва и проблема профилактики деменций позднего возраста» Плужников И.В., кандидат психологических наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «Научный центр психического здоровья» [читать];
статья «К вопросу об исследовании когнитивного резерва в пожилом возрасте» Стрижицкая О.Ю., Иванова Е.С.; Санкт-Петербургский государственный университет, Кафедра психологии развития и дифференциальной психологи; Санкт-Петербург (журнал «Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук» №1-2, 2017) [читать];
статья «Современная концепция когнитивного резерва» Коберская Н.Н., Табеева Г.Р.; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» МЗ РФ, Москва (журнал «Неврология, нейропсихиатрия, психо-соматика» №1, 2019) [читать]
читайте также пост: Барбара Страук. Тайны мозга взрослого человека. Краткий конспект (volodina-elena.livejournal. com) [ читать] (сохраненная копия в формате PDF)