Исследование нейронных нарушений при психотических расстройствах с помощью электроэнцефалографии и кортикальных сфероидов

Взор в корни тяжёлых психических заболеваний

Шизофрения и биполярное расстройство могут существенно нарушать мышление, эмоции и повседневную жизнь людей, однако биологические сбои, лежащие в основе этих болезней, всё ещё выясняются. В этом исследовании объединяют два мощных подхода — запись мозговых волн у живых взрослых и крошечные выращенные в лаборатории «мини‑мозги», созданные из их собственных клеток — чтобы изучить, что идёт не так на синаптических связях между нейронами и как эти проблемы могут проявляться уже на ранних этапах развития.

Как мозговые волны открывают хрупкость связей

Исследователи сначала регистрировали электрическую активность с кожи головы с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) у десяти человек с шизофренией или биполярным расстройством и пяти здоровых добровольцев. Они сосредоточились на ответе, называемом пластичностью, похожей на долговременную потенциацию (LTP‑подобная), которая отражает, насколько хорошо мозг усиливает свои ответы на повторяющуюся визуальную стимуляцию — базовый элемент обучения и памяти. В группе пациентов эта пластичность со временем ослабевала сильнее, чем в группе здоровых, что указывает на меньшую способность их мозговых контуров «настраивать» ответы. Другой сигнал ЭЭГ, mismatch negativity — отражающий автоматическое обнаружение мозгом небольших изменений в звуке — в этих небольших группах не различался, хотя в более крупных исследованиях его часто находят сниженным при таких расстройствах. В совокупности эти записи указывают на то, что по крайней мере некоторые формы синаптической адаптации ослаблены у людей с психотическими заболеваниями.

Выращивание мини‑мозгов из клеток кожи

Чтобы заглянуть глубже, команда обратилась к кортикальным сфероидам человека, часто называемым мини‑мозгами. Они перепрограммировали клетки кожи каждого участника в стволовые клетки, а затем стимулировали их развитие в трёхмерные сгустки ткани, напоминающие фетальную кору мозга. Эти сфероиды содержали в основном возбуждающие нейроны, которые общаются друг с другом с помощью химического посредника глутамата. С помощью тонких стеклянных электродов учёные измеряли, насколько легко эти клетки генерируют электрические сигналы и передают токи соседям. Нейроны от людей с биполярным расстройством требовали более сильного входного сигнала для генерации импульса, что указывает на пониженную возбудимость. В сфероидах от людей с шизофренией сила спонтанных входящих сигналов была меньше, что свидетельствует об ранних изменениях в способах общения нейронов внутри сети.

Ослабленный транспорт глутамата и уставшие энергостанции

Команда затем окрашивала мини‑мозги на ключевые белки. Один из них, называемый VGLUT1, упаковывает глутамат в маленькие везикулы, которые высвобождаются на синапсах. Сфероиды, полученные от пациентов с шизофренией и биполярным расстройством, показывали меньше клеток, богатых VGLUT1, по сравнению с контролями, что указывает на общую недостаточность механизма загрузки глутамата для высвобождения. Поскольку передача сигналов требует много энергии, исследователи также изучили крошечные электростанции клетки — митохондрии — измеряя потребление кислорода и продукцию кислоты в срезах сфероидов. Мини‑мозги от пациентов с биполярным расстройством, особенно у тех, кто плохо отвечает на литий, имели более низкое базальное потребление кислорода — признак пониженной митохондриальной активности, тогда как у мини‑мозгов от людей с шизофренией показатели энергии были относительно нормальными в этой небольшой выборке.

Связь между мозговыми сигналами и энергией клеток

Наконец, учёные спросили, связаны ли различия в мозговых волнах с отличиями в мини‑мозгах, выращенных от тех же людей. В целом, у участников, чьи ЭЭГ показывали более выраженную LTP‑подобную пластичность, мини‑мозги имели более высокий базальный митохондриальный респираторный уровень, то есть более активное производство энергии. Также прослеживался намёк, что более высокий уровень VGLUT1 коррелировал с лучшей пластичностью. Хотя эти тенденции не выдержали строгих статистических порогов после учёта множественных сравнений, они поддерживают идею о том, что здоровае усиление синапсов зависит от надёжной митохондриальной функции и целостной обработки глутамата, и что эти взаимосвязи могут быть нарушены уже на ранних этапах развития у людей, которые впоследствии развивают психоз.

Что это значит для понимания психоза

Для неспециалистов суть работы такова: серьёзные психические болезни, такие как шизофрения и биполярное расстройство, могут иметь общие, возникающие рано дефекты в том, как клетки мозга передают сигналы и обеспечивают свою деятельность энергией. Мини‑мозги указывают на то, что задолго до появления симптомов некоторые нейроны могут выделять меньше глутамата и работать на менее эффективных энергоресурсах, тогда как ЭЭГ‑записи показывают ослабление способности взрослого мозга тонко настраивать ответы. Хотя исследование небольшое, а выращенная в лаборатории ткань больше похожа на развивающийся мозг, чем на зрелый, сочетание записей живого мозга с персонализированными мини‑мозгами открывает перспективное окно в корни психоза и в перспективе может помочь разработать более целевые лечения, направленные на восстановление синаптической функции и клеточной энергетики.

Цитирование: Reis de Assis, D., Pentz, A.B., Requena Osete, J. et al. Investigating neural impairments in psychotic disorders using electroencephalography and cortical spheroids. Transl Psychiatry 16, 114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03863-4

Ключевые слова: шизофрения, биполярное расстройство, органоиды мозга, синаптическая пластичность, митохондрии