Нейробиология стала рассматривать шизофрению как нарушение организации сети мозга, при котором топология узловых связей является аномально случайной. Происхождение такой сетевой разобщенности, генетической или экологической, четко не установлено. Чтобы внести ясность в обсуждение, международная группа исследователей недавно провела исследование, в котором использовалась фМРТ для сравнения функциональных сетей мозга больных шизофренией с сетями их родственников первой степени родства. Исследователи опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences. Удивительно, но их выводы имеют сходство с известными свойствами сетей связи, таких как Интернет.
Исследователи набрали 35 пациентов с шизофренией, 39 родственников первой степени родства этих пациентов и 36 здоровых добровольцев. Все пациенты с шизофренией получали обычные антипсихотические препараты во время эксперимента. Исследователи получили данные фМРТ в состоянии покоя у всех испытуемых и использовали паттерны мозговой активности для отображения предполагаемых сетей активности между структурами мозга.
Сети мозга здорового человека характеризуются топологией, промежуточной по так называемому "маленький мир" спектр между кластерами решетки высокого порядка и кластеризацией случайного графа. Мозговые сети шизофреников смещены в сторону случайного конца этого маленького мира спектра.
Исследователи выявили специфические топологические аномалии функциональных сетей мозга у непсихотических родственников первой степени родства больных шизофренией. Родственники также продемонстрировали аномальный сдвиг в сторону большей рандомизации топологии сети мозга. Авторы считают это возможным свидетельством наследственного риска шизофрении.
Получив данные визуализации функционирующих сетей мозга для всех испытуемых, исследователи построили компьютерные модели сетей и протестировали in silico устойчивость сетей в условиях случайного сбоя. При случайном отказе узлов глобальные сети шизофреников обычно оставались очень высокими – примерно с 90-процентной эффективностью, даже после того, как было удалено более половины узлов.
Однако при целевых атаках, в которых были отключены узлы с самой высокой степенью защиты, эффективность сетей всех добровольцев упала ниже 90%, а пациенты с шизофренией и их близкие родственники продемонстрировали наивысшую степень устойчивости. Авторы пишут, "Сложные сети, такие как мозг, Интернет и многие другие неслучайные системы, более уязвимы для целевых атак, потому что они имеют более неоднородное распределение степеней, чем случайный граф, и, следовательно, удаление концентраторов высокой степени оказывает более серьезное влияние на глобальную целостность. сети."
Таким образом, утверждают они, вполне предсказуемо, что более случайное распределение шизофрении в мозговой сети будет более устойчивым к целевым атакам. Они выдвигают гипотезу о том, что топологическая устойчивость является выгодной адаптацией, поскольку она защищает целостность глобальной сети, ссылаясь на данные предыдущих исследований о том, что поражения серого вещества, как правило, концентрируются в высокоразвитых центральных областях мозга. Случайная сетевая структура как адаптивный признак также может быть подтверждена обнаружением наследственного компонента шизофрении.
Однако исследователи отмечают, что в будущем потребуется двойное исследование, чтобы исключить альтернативные возможные интерпретации, например, возможность экологических причин.