ФМРТ в состоянии покоя с использованием скрытых марковских моделей выявляет аномальные динамические функциональные состояния мозга при астме

Почему проблемы с дыханием вовлекают мозг

Астму обычно воспринимают как заболевание лёгких, но каждый, кто с ней живёт, знает, что опыт также глубоко связан с ощущениями, вниманием и эмоциями. В этом исследовании задают кажущееся простым вопрос: когда люди с астмой спокойно отдыхают в сканере, возникают ли в их мозге иные шаблоны активности по сравнению с людьми без астмы, и могут ли эти шаблоны помочь объяснить, как они замечают и управляют своими симптомами?

Заглянуть в мозг в состоянии покоя

Исследователи использовали сканы мозга в состоянии покоя, когда добровольцы лежат неподвижно с закрытыми глазами, чтобы зафиксировать естественные шаблоны активности во множестве областей мозга одновременно. Они изучили 60 взрослых с устойчивой астмой и 60 здоровых ровесников, сопоставленных по возрасту, полу и образованию. Вместо усреднения активности за весь сеанс они применили статистический инструмент — скрытую марковскую модель — чтобы разбить данные на набор повторяющихся «состояний», между которыми мозг переключается за секунды. Такой подход позволяет исследовать не только какие сети связаны, но и как долго мозг остаётся в каждом состоянии и как часто он прыгает от одного состояния к другому.

Поиск повторяющихся состояний активности мозга

Анализ выявил девять отдельных функциональных состояний, каждое из которых отражает разный рисунок взаимодействия между известными сетями мозга, такими как сети, связанные с движением, вниманием, саморефлексией и восприятием внешнего мира. Одно состояние выделялось особенно. В нём регионы мозга, обрабатывающие телесные ощущения и нисходящее внимание, были особенно активно вовлечены одновременно. По сравнению со здоровыми добровольцами люди с астмой провели в этом состоянии больше времени в целом и дольше оставались в нём перед переключением. Другие состояния, включая некоторые, объединяющие сенсорную и эмоциональную обработку, также показали изменённые силы связей и паттерны переключений в группе с астмой.

Когда внимание постоянно возвращается к телу

Авторы предполагают, что сенсорно-ориентированное состояние может отражать режим, в котором мозг пристально отслеживает сигналы, связанные с дыханием, такие как стеснение в груди или изменения потока воздуха. При астме повторяющиеся эпизоды одышки могут натренировать мозг отдавать приоритет этому режиму мониторинга, приводя к тому, что, по словам авторов, мозг «застревает» в состояниях с преобладанием сенсорной активности. Они также обнаружили, что когда мозг человека с астмой входит в определённые сенсорные состояния, он склонен задерживаться там дольше и реже проходит через промежуточные состояния, которые могли бы поддерживать гибкое мышление и эмоциональную регуляцию. Этот паттерн наводит на мысль о ландшафте активности мозга, где динамика притягивает конфигурации, предвосхищающиe возможные проблемы с дыханием.

Возможные связи с тем, насколько хорошо контролируется астма

Исследование изучало, как эти динамические характеристики мозга соотносятся с повседневными симптомами. Внутри группы с астмой люди, чьи мозги проводили больше времени в состоянии сенсорного мониторинга, как правило, сообщали о чуть лучшем контроле астмы по стандартной анкете, хотя эта тенденция не выдержала строгой статистической коррекции. Явных связей между мерами состояний мозга и тестами функции лёгких, такими как объём форсированного выдоха, выявлено не было. Это несоответствие указывает на то, что сдвиги в паттернах мозга могут быть ближе по значению к тому, как пациенты переживают и управляют своим состоянием, чем к непосредственным механическим показателям потока воздуха, измеряемым в клинике.

Что эти результаты могут значить для людей с астмой

В целом работа поддерживает идею о том, что астма — это не только заболевание лёгких, но и изменение в том, как мозг организует ощущения и внимание во времени. Люди с астмой, по-видимому, проводят больше времени в состояниях мозга, настроенных на телесные сигналы, и демонстрируют меньшую гибкость переключений между состояниями. Хотя обнаруженные связи между мозгом и симптомами предварительны и не доказывают причинно-следственную связь, эти динамические паттерны в будущем могут помочь объяснить, почему одни пациенты испытывают большее бремя болезни, чем другие с похожей функцией лёгких. Последующие исследования могут проверить, способны ли методы, направленные на внимание или осознанность тела, перестроить эти состояния мозга и, как следствие, улучшить повседневный опыт жизни с астмой.

Цитирование: Xu, C., Wei, X. Resting-state fMRI using hidden Markov models reveals abnormal dynamic brain functional states in asthma. Sci Rep 16, 15315 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44794-w

Ключевые слова: астма, сетевые структуры мозга, ФМРТ в состоянии покоя, динамическая связность, восприятие симптомов