Сп 11 104 97 часть 1: NormaCS ~ Ответы экспертов ~ Область применения сводов правил производства инженерно-геодезических изысканий

3. Результаты

3.1. Исследования, оценивающие распознавание эмоций лица после STN DBS

Несколько исследований оценивали распознавание эмоциональных выражений лица после STN DBS с относительно противоречивыми выводами.Характеристики исследований по оценке FER у пациентов с БП, перенесших STN DBS, суммированы в таблице 1. В недавнем метаанализе Coundouris et al. [56], исследуя социальную функцию восприятия при БП, субанализ, касающийся DBS, показал, что у пациентов с БП наблюдалось значительное нарушение функций восприятия после операции STN DBS от лицевых или голосовых стимулов по сравнению с подобранной здоровой контрольной группой (HC). Большинство исследований включали пациентов с БП, подходящих для DBS в соответствии со стандартными критериями включения и исключения [57], т.е.е., пациенты с идиопатическим БП и тяжелой двигательной инвалидностью, четкая реакция на леводопа, возникновение инвалидизирующих двигательных осложнений, связанных с леводопой, и отсутствие деменции, значительные нейропсихиатрические расстройства и отклонения на МРТ головного мозга. Всем пациентам была выполнена двусторонняя STN DBS. HC, включенный в некоторые исследования, не имел в анамнезе неврологических заболеваний, травм головного мозга или деменции и чаще всего соответствовал возрасту, полу и уровню образования пациентам с PD. В исследованиях использовались различные лицевые стимулы, наиболее распространенные из которых — серия Экмана и Фризена [58], серия Гесса и Блари [59], набор Ним Стим [60] и база данных эмоциональных лиц, направленная Каролинска [61]. ].Более того, большинство исследований включало различные фоновые нейропсихологические тесты с наиболее распространенными глобальными когнитивными критериями (такими как мини-исследование психического состояния и рейтинговая шкала деменции Маттиса), семантические и фонематические задания на беглость речи и тестирование управляющих функций, такое как тест Струпа, тест и тест сортировки карточек в Висконсине, в то время как лишь немногие использовали зрительно-пространственные тесты [40, 46, 62] и тест распознавания лиц Бентона [41, 42, 44, 46, 49, 62, 63].

Что касается методологии исследований, проведенных до сих пор, пациенты были протестированы в чередующихся экспериментальных условиях с включенной или выключенной стимуляцией и включением или выключением лекарств, например, DBS ON / med on, DBS ON / med off, DBS OFF / med on и DBS OFF / med off. В исследованиях сравнивали предоперационное и послеоперационное состояние после STN DBS в одной и той же группе PD [40–42, 63, 64], совпадающих группах PD [44, 48, 49] или пациентах на PD с подобранным HC [46, 48, 62, 65]. В большинстве исследований сообщалось о нарушении FER после STN DBS по сравнению с тем, что было до операции [40–44].Распознавание отрицательных эмоций преимущественно ухудшалось после DBS [40, 43, 44, 63]. Тем не менее, у других не было обнаружено значительного изменения FER после операции [46–49]. В одном исследовании [62] сообщается, что комбинированные эффекты DBS и L-допы были полезны для распознавания эмоциональных выражений лица. Кроме того, в нескольких исследованиях сравнивали состояние послеоперационной стимуляции DBS при включенном и выключенном состоянии у пациентов с БП [43, 45, 46, 62]. Aiello et al. [46] и Mondillon et al. [62] не показали значительной разницы в FER после STN DBS со стимулятором, включенным или выключенным, пока пациенты принимали лекарства.В состоянии отсутствия приема лекарств пациенты с БП проявляли худшее распознавание FER в состоянии стимуляции ON, чем в состоянии OFF [62]. Более того, Geday et al. [66] сообщили, что стимуляция STN влияет на общее восприятие мимики; то есть они были оценены как менее приятные в состоянии ВКЛ, чем в состоянии ВЫКЛ. Наконец, Wagenbreth et al. [45] в недавнем исследовании оценивали послеоперационных пациентов с БП в явной задаче эмоциональной обработки, где пациенты должны были назвать эмоциональный статус, отображаемый в области глаз, и показали общее снижение точности ответа при STN DBS в состоянии ON по сравнению с состояние ВЫКЛ.

Что касается распознавания определенных эмоций (то есть семи основных эмоций: счастья, удивления, страха, гнева, печали, отвращения и нейтральности), несколько исследований показали значительное снижение точности декодирования печали [40, 41, 63] , страх [41, 42, 44, 63], гнев [40] и тенденция к отвращению [40] после DBS по сравнению с предыдущим, хотя не всегда было сравнение с группой HC до операции. Более того, Enrici et al. [48] ​​показали значительное нарушение FER для неожиданности в группе STN-DBS-PD по сравнению с группой HC.Что касается конкретных эмоций в различных условиях стимуляции, Schroeder et al. [43] показали нарушение распознавания гнева у пациентов с БП в состоянии ON STN по сравнению с состоянием OFF, в то время как Mondillon et al. [62] обнаружили значительное снижение распознавания отвращения при стимуляции STN и тенденцию к нарушению распознавания страха при выключенной стимуляции по сравнению с HC (оба без лекарств). Aiello et al. [46] сообщили, что в состоянии ВЫКЛЮЧЕНИЯ вскоре после операции (5 ^-й день после операции) у пациентов было нарушено распознавание печали, в то время как через несколько месяцев после (2-6 месяцев) и при включенном стимуляторе у них наблюдалось нарушение распознавания отвращения по сравнению с к HC (что также было очевидно до операции).Кроме того, Wagenbreth et al. [45] показали, что состояние ON STN DBS ухудшает явную обработку материала стимула отвращения (область глаза и слова), но улучшает явную обработку стимулов страха по сравнению с состоянием OFF. Напротив, Biseul et al. [44] показали, что дефицит распознавания страха (по сравнению с дооперационным состоянием и HC) был идентичен у пациентов с БП со стимулятором, включенным или выключенным.

4. Расхождения между исследованиями

4.1. Методологические различия исследований

Большинство исследований, оценивающих FER после STN DBS, имели небольшие размеры выборки (<30), за исключением одного [47].Кроме того, в большинстве исследований результатом была оценка точности выполнения заданий FER без дополнительного измерения времени реакции участников, что в случае продления также указывало бы на нарушение. Причины расхождений между исследованиями могут быть методологическими, касающимися дизайна исследования, то есть задачи FER, условий тестирования или времени оценки. Что касается задач FER, они различались по используемому стимулирующему материалу. В большинстве исследований [41, 42, 44, 63] использовались лицевые стимулы из серии Экмана и Фризена в оригинальной черно-белой версии [58].Тем не менее, в двух исследованиях использовались компьютерно преобразованные стимулы с интенсивностью двух эмоций [43] или промежуточные выражения, различающиеся по эмоциональной интенсивности [40]. В других исследованиях также использовались стимулы, содержащиеся в области вокруг глаз [45, 49]. Реже авторы использовали лицевые стимулы в цвете, такие как база данных эмоциональных лиц, направленная по Каролинской [67] или Nim Stim Set [60]. Также следует иметь в виду методологические недостатки задач FER; в большинстве задач используются статические выражения лица, категоризация и задачи принудительного выбора (наименование эмоциональных лиц), которые менее чувствительны, чем визуальные аналоговые шкалы, в основном из-за предвзятости категоризации [68].Пациенты должны выбрать соответствующий ярлык среди вариантов, которые в большинстве своем являются отрицательными, поэтому вероятность неправильного ответа выше для отрицательных эмоций. Более того, низкоинтенсивные лицевые стимулы связаны с худшими показателями FER [52]. В исследованиях, включенных в наш обзор, не тестировались стимулы различной интенсивности, за исключением одного [40], который показал ухудшение ФЭР после операции независимо от интенсивности стимула. Количество стимулов также варьировалось в разных исследованиях. Другим фактором является время, предоставляемое пациентам для выбора подходящего ответа, которое также варьировалось в разных исследованиях.В случае отсутствия ограничения по времени пациенты могут использовать другие стратегии восприятия [69, 70]. В связи с этим Mondillon et al. [62] использовали дизайн быстрого представления, который может более точно соответствовать микровыражениям, встречающимся в повседневной жизни [71].

Сроки наблюдения после STN DBS также варьировались от дней до 48 месяцев после операции. Фактически, некоторые исследования, тестирующие FER относительно вскоре после операции (3 месяца) [40–42, 63], обнаружили ухудшение FER, тогда как несколько исследований, оценивающих FER позже (через год после операции) [47, 48], этого не сделали.Можно утверждать, что гистологические изменения после операции DBS со временем развиваются по мере развития нейрональной пластичности [9], что затрудняет интерпретацию результатов исследований с разным временем оценки после операции. Более того, различия в характеристиках пациентов могут, по крайней мере, частично объяснять расхождения между исследованиями. Хотя возраст пациентов, продолжительность заболевания и общие когнитивные показатели были сопоставимы между исследованиями, могли присутствовать незначительные когнитивные или аффективные различия.Более того, средний балл Хоэна и Яра был ≤2 в большинстве исследований, посвященных лекарствам [41, 42, 48, 49, 63], тогда как несколько исследований либо не сообщали балл [43–46, 62], либо сообщали о нем без лекарств [ 40]. Несмотря на то, что в большинство исследований включались пациенты в соответствии со стандартными критериями отбора DBS [57], в других были задействованы пациенты с ранней БП [49] или использовались дополнительные критерии, такие как определенный двигательный ответ на DBS или отсутствие дизисполнительного синдрома [62].

4.2. Клинические факторы: влияние расположения электродов, стимуляции и заболевания на изменения распознавания эмоций лица после STN DBS

Большинство исследований FER подтвердили точное размещение электродов DBS с использованием методов визуализации, интраоперационных записей микроэлектродов и стимуляции макроэлектродов, в то время как лишь в нескольких исследованиях сообщалось о дополнительном подтверждении этого. позиционирование электродов с помощью МРТ в послеоперационном периоде [43, 48, 62, 66].Однако в исследованиях не сообщалось об исходах FER в отношении точной локализации электродов DBS и активных контактов, которые могут быть восстановлены с помощью специализированного программного обеспечения на основе послеоперационной визуализации. Таким образом, переменное расположение электродов после STN DBS является фактором, который, возможно, мог объяснить расхождения в наблюдаемых результатах. Другой важный вопрос — как отличить эффекты, вызванные хирургическим вмешательством, от эффектов, вызванных стимуляцией STN. В нескольких исследованиях эта проблема рассматривалась путем сравнения результатов тестов при включенной и выключенной стимуляции [43, 62, 66].Оценка стимуляции OFF выполняется через час после выключения стимулятора; однако даже в этом случае эффекты стимуляции присутствуют, что означает, что это не полное состояние «ВЫКЛЮЧЕНО». Это время соответствует времени до появления большинства моторных симптомов [72], но неясно, что происходит с немоторными эффектами. Более того, то же самое относится и к длительной нервной реорганизации после стимуляции STN [9], которую нельзя устранить простым выключением стимулятора [54].Кроме того, конфигурация контакта (биполярная или монополярная) и параметры стимуляции, включая частоту, ширину импульса и особенно интенсивность стимуляции, варьировались между пациентами в разных исследованиях, что приводило к разному объему стимулируемой ткани ядра и, таким образом, к различным немоторным и эмоциональным эффектам [73, 74] . Действительно, изменение параметров стимуляции часто может уменьшить вызванные стимуляцией поведенческие проблемы [75]. В этом отношении только половина исследований сообщала о параметрах стимуляции пациентов с БП [41–43, 45, 46, 49], которые были выбраны на основе оптимального двигательного эффекта пациентов.

Другая проблема заключается в том, действительно ли пациенты с ПД с нормальным функционированием FER до и с дефицитом после DBS имели тонкий дефицит FER до выявления DBS после операции. Действительно, пациенты с БП демонстрируют значительные социальные дефициты восприятия, включая нарушение ФЭР [56, 76]. Области, вовлеченные в процесс распознавания эмоций на лицах, такие как миндалина, базальные ганглии, островок, орбитофронтальная и передняя поясная кора, поражены патологией, связанной с БП [77]. Не во всех исследованиях изучали наличие дефицита FER до операции по сравнению с HC.Например, пациенты с БП в исследовании Aiello et al. [46] имели нарушение FER (отвращение, прием лекарств) по сравнению с HC даже до DBS, в отличие от других исследований. Что касается того, связано ли ухудшение FER после DBS STN с естественным прогрессированием заболевания [78] или, скорее, с эффектом DBS, исследования показали дефицит FER уже через три месяца после DBS у пациентов с PD, у которых был сохранен FER до операции [40– 42]. Более того, McIntosh et al. [49], которые набирали пациентов с ранним БП, рандомизированных в две группы БП (оптимальная лекарственная терапия или оптимальная медикаментозная терапия и DBS), использовали различные аффективные задачи, включая небольшое количество лицевых эмоциональных стимулов, и обнаружили ухудшение оценки эмоций у пациентов с БП, в отличие от здоровых участников. но никакой разницы независимо от типа лечения или состояния лечения (ВКЛ., ВЫКЛ.).

5. Как STN DBS может повлиять на распознавание эмоций лица в PD

5.1. Лимбическая роль STN

Большое количество структур, включая орбитофронтальную кору, переднюю поясную кору, миндалевидное тело, правую теменную кору и области обработки изображений, такие как затылочно-височная кора, участвуют во многих процессах и в различные моменты времени в распознавании. эмоций в лицах [79, 80]. Более того, нервные субстраты, ответственные за FER, включают лимбическую петлю базальных ганглиев [81].STN можно рассматривать как часть широко распространенной нейронной сети, участвующей в FER, либо посредством обработки лимбической, то есть эмоциональной и ассоциативной информации внутри самого ядра, либо посредством ее воздействия на другие подкорковые и корковые лимбические области. Лимбическая часть STN частично реципрокно связана с лимбическими частями базальных ганглиев [82, 83], такими как вентральное полосатое тело [84, 85] и вентральное паллидум [11], основная область выхода лимбической цепи [81]. . Существуют также эфференты от STN к черной субстанции, в основном к pars reticulata [86], ответственной за регуляцию высвобождения дофамина [11, 87], педункулопонтинному ядру [88] и миндалевидному телу [89, 90].Кроме того, медиальный (лимбический) кончик STN проецируется в вентральную тегментальную область, из которой берет начало мезолимбический дофаминергический путь, участвующий в обеспечении первичного мотивационного поведения [11]. STN также является частью непрямого пути, соединяющего полосатое тело и внутренний бледный шар, который считается «стоп-сигналом» или «запрещающим» путем, снижающим таламическую и корковую активность [91]. Кроме того, STN получает входные данные непосредственно из коры через гиперпрямой путь [14] и, в частности, из лобных и префронтальных областей, таких как передняя поясная кора [13, 92] и орбитофронтальная кора [90, 93], которые участвуют в распознавании. эмоций в лицах [79, 80].

Действительно, различные исследования подтверждают участие STN в лимбических функциях. Vicente et al. [94] сообщили, что стимуляция STN влияет на субъективное восприятие эмоций, а Serranova et al. [95] показали, что аверсивные стимулы оценивались как более неприятные при включенном STN DBS по сравнению с выключенным. Напротив, в исследовании Schneider et al. [96], стимуляция (ON) имела положительный эффект индукции настроения и улучшала эмоциональную память. Нейрофизиологические исследования также подтверждают лимбическую роль STN.Kühn et al. [97] показали модуляцию альфа-активности потенциала местного поля STN через несколько дней после DBS на лекарствах в ответ на эмоционально возбуждающие картинки (независимо от валентности, то есть направления поведенческой активации от неприятных или к приятным стимулам). Напротив, Brücke et al. [98] и Huebl et al. [99] обнаружили значительную модуляцию альфа-активности STN с эмоционально возбуждающими картинками, которые коррелировали с валентностью, но не с возбуждением, то есть с интенсивностью эмоциональной активации [98].В связи с этим Sieger et al. [100] показали, что активность некоторых нейронов STN связана с эмоциональной валентностью, тогда как активность различных нейронов отвечает на возбуждение. Более того, функциональные нейровизуализационные исследования подтверждают участие STN в эмоциональных процессах, например, при просмотре вызывающих эмоции отрывков из короткометражных фильмов (таких как отвращение, веселье и сексуальное возбуждение [101]) или изображений любимых людей (материнская и романтическая любовь [102] ]).

Следовательно, изменения в задачах эмоциональной обработки после STN DBS, такие как ухудшение FER, могут быть отнесены к прямому влиянию DBS на STN или нарушению его связей с другими базальными ганглиями или кортикальными областями, вовлеченными в FER, после операции.Интересно, что STN DBS может модулировать нервные функции по-разному, включая как краткосрочные, так и долгосрочные механизмы нейропластичности [89]. Peron et al. [73] предполагают, что STN DBS может вносить нестабильность в систему базальных ганглиев, которая синхронизирует нервную активность отдельных областей, участвующих в FER, таких как орбитофронтальная кора и миндалевидное тело [42], или распознавание лицевых стимулов, таких как веретенообразная область [66]. ]. Haegelen et al. [103] предполагают, что ингибирование STN с помощью DBS может приводить к неспособности передачи корковой информации в лимбические области, такие как ретикулатная часть черной субстанции и вентральная тегментальная область, на которые дополнительно влияет дофаминергическая потеря при БП.Другая гипотеза, основанная на модели Грейбила [104], заключается в том, что базальные ганглии и, в частности, лимбическая цепь, включая STN, выбирают эмоциональные паттерны без сознательного контроля (точно так же, как они выбирают двигательные паттерны) на основе их связей с корковыми и подкорковыми областями. STN DBS нарушит этот процесс координации и приведет к неправильной интерпретации эмоциональных стимулов. Другой механизм, объясняющий, как STN DBS может приводить к ухудшению FER, — это модуляция осцилляторной активности STN [4, 5, 105, 106].В самом деле, растет роль низкочастотных альфа- и бета-колебаний в STN при БП, которые не являются исключительно моторными [107] и, по-видимому, участвуют в лимбической и эмоциональной обработке информации [108]. Фактически, области STN, участвующие в происхождении бета-активности, проецируются не только на сенсомоторные области, но также и на области, связанные с когнитивными, поведенческими и эмоциональными функциями, такие как префронтальные, лобные, сенсорные и височные области более высокого порядка [107].

5.2. Изменения церебрального метаболизма после STN DBS

Исследования нейровизуализации показали изменения метаболизма глюкозы или регионарного кровотока после STN DBS в областях, связанных с обработкой эмоций лица.Действительно, многие исследования ПЭТ показали снижение метаболизма в состоянии покоя после DBS (в состоянии ON) в прецентральных, лобных областях, таких как передняя поясная извилина [109–111] и височные области [42, 110]. Напротив, в других исследованиях было обнаружено значительное усиление регионального мозгового метаболизма в состоянии покоя после STN DBS в лимбических и ассоциативных проекционных территориях базальных ганглиев, таких как префронтальная [112, 113], лобная и передняя поясная корка [66, 113, 114] а также височная и теменная кора [115].Интересно, что Le Jeune et al. [42] сообщили о положительной корреляции между нарушением распознавания страха и изменениями метаболизма глюкозы в правой орбитофронтальной коре. Следовательно, STN DBS может вызывать модификации в стриато-таламо-кортикальных цепях с участием орбитофронтальной и передней поясной коры или модулировать фронтальную сеть, связанную с лимбической и ассоциативной территориями STN. Кроме того, Le Jeune et al. [42] показали усиление активации правой веретенообразной извилины после STN DBS (в состоянии ON), тогда как Geday et al.[66] обнаружили снижение активации (без лекарств), когда пациенты с PD смотрели эмоциональные лица (в отличие от нейтральных лиц) по сравнению с HC. Основываясь на этих наблюдениях, сложность декодирования эмоций пациентами с БП после STN DBS может быть связана с подавлением активности веретенообразной извилины, которая обычно вызывается эмоциональными визуальными стимулами и, в частности, стимулами лица [116, 117] или сеть, включающая веретеновидную извилину и STN [66]. Другие нейровизуализационные исследования [42, 63] показали, что STN DBS может также изменять активность миндалины, ключевой структуры для FER, которая также связана с орбитофронтальной и передней поясной корой [118].Действительно, STN, особенно его передне-вентральная часть, функционально связана с медиальными височными структурами, включая гиппокамп и миндалевидное тело [89, 90, 107]. Более того, часть вентрального пути миндалины, одного из основных эфферентных путей миндалины, проходит близко к (через и вокруг) STN [89] и может быть затронута хирургическим вмешательством.

5.3. Роль нейротрансмиттеров в распознавании эмоций лица после STN DBS

Другой широко обсуждаемый вопрос — это вклад снижения дофаминергической терапии после DBS в нарушение FER.Грей и Тикл-Дегнен [76] в своем метаанализе сообщили, что нарушение распознавания эмоций у пациентов с БП было больше, хотя и незначительно, в гиподопаминергическом состоянии по сравнению с состоянием приема лекарств, что согласуется с предполагаемой ролью дофамина в регуляции эмоций [119]. ]. Напротив, Coundouris et al. [56] в своем метаанализе показали, что пациенты, принимающие лекарственные препараты, имеют значительно больший социальный дефицит восприятия, чем пациенты, не принимающие лекарства, что может быть связано с передозировкой дофаминергической системы в регионах, участвующих в социальном восприятии, которые относительно не пострадали от дофаминергической денервации [56].Следовательно, дофамин может оказывать благотворное влияние на FER скорее на поздних стадиях, чем на ранних стадиях, на которых мезокортиколимбические пути относительно защищены [52]. Более того, дофаминергическая потеря при БП варьирует и прогрессирует по-разному в пораженных областях, включая лимбические области [120]. Если бы нарушение FER после операции DBS на STN было связано исключительно с уменьшением леводопы, снижение эквивалентной дозы леводопы (LED) должно было быть более выраженным в тех исследованиях, показывающих существенное ухудшение FER после DBS, чего не было (снижение LED в диапазоне от 10 до 10). до 76%) [40–42].И наоборот, исследования, которые не обнаружили существенных различий FER, должны были иметь небольшое уменьшение LED, что опять же не имело места (от 19 до 63%) [63, 64]. Peron et al. [41] показали послеоперационный дефицит ФЭР страха и печали независимо от модификации допаминергических препаратов, а Enrici et al. [48] ​​не обнаружили корреляции между FER и LED в двух группах PD (группа PD при дофаминергической терапии и группа PD при STN DBS и дофаминергической терапии). С другой стороны, Mondillon et al. [62] показали больший выигрыш в эффективности FER при сочетании двух терапий (DBS и L-Dopa).Более того, в другом исследовании [121] было обнаружено, что леводопа сокращает время реакции как на лицевые эмоциональные, так и на контрольные подзадачи Струпа у пациентов с БП в послеоперационном периоде. Другое исследование [122], использующее задачу категоризации, зависящую от эмоциональной валентности, через несколько дней после операции с еще не включенным стимулятором, показало, что дофамин усиливает обработку приятной информации.

В исследованиях, оценивающих состояние стимуляции ВКЛ по сравнению с ВЫКЛ, хотя в некоторых исследованиях [43, 62], в других исследованиях [44, 46], не было значительного ухудшения FER при приеме лекарств. .Тем не менее, даже в исследованиях, в которых тестировались пациенты, принимавшие лекарства [40–42, 44, 46–49, 63], неясно, было ли оно «лучшим» из-за потенциальных дофаминергических колебаний [73]. Более того, пациенты не во всех случаях принимали свои обычные лекарства (например, Mondillon et al. [62] определили как принимающие лекарства ситуацию через 1 час после приема 1,5 обычной утренней дозы L-допы). С другой стороны, отказ от лечения определялся как отказ от лечения в течение 12 [43, 46, 62] или 24 часов [49].Основываясь на этих результатах, можно предположить, что нарушение FER после DBS вряд ли может быть объяснено единственным дефицитом дофамина, но L-допа может незначительно влиять на эффекты DBS и до некоторой степени компенсировать ухудшение FER. В самом деле, контролируемые дозы L-допа могут частично корректировать индуцированную стимуляцией инактивацию орбитофронтальной коры и активировать стриатокортикальный контур [62]. Кроме того, дофамин модулирует активность глутаматергических кортикальных и ГАМКергических паллидальных афферентов к STN [88].Более того, как STN DBS, так и дофаминергическое лечение уменьшают патологическое увеличение бета-колебаний [123–125], вызывают функциональное ингибирование STN и обладают синергическим действием (так называемые гипердофаминергические поведенческие эффекты) [27].

В то время как большое внимание было уделено роли дофамина в эмоциональной обработке при БП, другой вопрос, который необходимо решить, — это роль других нейротрансмиттеров. Имеются доказательства того, что серотонин играет роль в эмоциональной обработке лицевых стимулов [126–128] и может модулировать схему базальных ганглиев [129].Действительно, базальные ганглии, включая STN, получают серотонинергическую иннервацию от ядер шва [130]. Таким образом, поведенческие эффекты DBS могут быть вызваны взаимодействием между STN и серотонинергическими нейронами шва среднего мозга [131]. Действительно, двусторонняя высокочастотная стимуляция STN ингибировала скорость возбуждения серотонинергических нейронов в ядре дорсального шва [132] и высвобождение серотонина в префронтальной коре и гиппокампе на моделях БП на животных [133]. Более того, помимо серотонинергических, норадренергические системы, по-видимому, также играют роль в эффектах STN DBS [134].Возможно, что разные функции внутри STN опосредуются разными системами нейротрансмиссии и что разные, но перекрывающиеся популяции нейронов модулируют выход STN [86]. Высокочастотная стимуляция снижает гиперактивность STN и, помимо восстановления функции дофаминергической системы на двигательных территориях, может нарушить баланс между дофаминергической и другими системами нейротрансмиссии [40, 86].

5.4. Вклад когнитивных и других нейропсихиатрических симптомов в распознавание эмоций лица после STN DBS

Эмоции тесно связаны с когнитивными процессами и часто определяются когнитивной оценкой событий в зависимости от значения этих событий для благополучия и целей человека [73] .Фактически, идентификация эмоций может рассматриваться как сложный когнитивный процесс, основанный на многих когнитивных областях, таких как рабочая память, язык и зрительно-пространственное восприятие [78]. Большинство исследований, оценивающих FER после DBS, также измеряли нейропсихологическую функцию [40–42, 44, 46–48, 63]. Что касается вклада когнитивных изменений в ухудшение FER после DBS, то некоторые исследования, которые показали полное или специфическое ухудшение FER для эмоций после DBS, также показали ухудшение когнитивных показателей, таких как беглость речи [40, 41] или корреляция между двумя функциями [46 ], другие — нет [41, 42, 63].Более того, в большинстве исследований не было обнаружено связи между ухудшением FER после DBS и глобальными когнитивными показателями [40, 42, 44, 63] или управляющими функциями [41, 44, 63], которые остались неизменными после операции. Напротив, исследования, в которых не было обнаружено ухудшения FER после STN DBS, сообщили о значительном улучшении некоторых нейропсихологических показателей, таких как краткое обследование психического состояния и немедленное вспоминание [46, 47]. Также следует отметить, что различные задачи, оценивающие распознавание эмоций, различаются в зависимости от требуемых когнитивных ресурсов [52].Вклад снижения зрительно-пространственного восприятия после операции в ухудшение FER также является спорным вопросом, поскольку в некоторых исследованиях сообщалось об ухудшении зрительно-пространственных способностей после операции [135, 136], тогда как в других [40] было обнаружено нарушение FER без дефицита зрительно-пространственного восприятия. Примечательно, что не во всех исследованиях проводился неэмоциональный тест на распознавание лиц, такой как тест Бентона (хотя такие нарушения не характерны для пациентов с БП), и только в двух исследованиях [43, 62] тестировалась чувствительность к визуальному контрасту.Зрительная и эмоциональная системы действительно тесно связаны: миндалевидное тело связано с верхним бугорком, передней поясной извилиной, орбитофронтальной и корковой височными зонами зрения [137], но маловероятно, что сложный процесс эмоционального распознавания зависит исключительно от способностей зрительного восприятия, которые участвуют в довольно ранних стадиях ТЭР [79].

Обычным нейропсихиатрическим эффектом STN DBS является модуляция тормозящего контроля [138]. STN DBS может изменять импульсный контроль и в некоторых случаях вызывать или усугублять определенное импульсивное поведение у пациентов с БП [139].Торможение как когнитивный процесс имеет важное значение для обработки эмоций [73]. Действительно, тормозящий (запретительный) сигнал от STN, опосредованный связями с лобными областями [138], задерживает автоматические реакции и дает дополнительное время для центральной обработки поведения [140]. С другой стороны, можно предположить, что ухудшение FER после DBS может быть частично связано с нарушением контроля торможения, что приводит к более импульсивным решениям и неточному выбору правильной эмоции. В этом случае время реакции после предъявления лицевых эмоциональных стимулов будет короче в состоянии ВКЛЮЧЕНО, подобно глобальному уменьшению времени реакции в ответ на интенсивные конфликты [140, 141].В большинстве исследований время реакции на задачи FER не оценивалось. Исследование [121] с использованием эмоционального задания Струпа показало, что стимуляция (состояние ON) значительно сокращает время реакции, тогда как другое исследование [45] показало более длительное время реакции, особенно для распознавания отвращения, независимо от состояния стимуляции. Потенциальное участие тревожности, депрессии или апатии в нарушении ФЭР после DBS — еще одна проблема, которая широко не рассматривалась в исследованиях, возможно, потому, что пациенты с серьезными аффективными расстройствами были исключены до операции.Тем не менее, нарушение ФЭР при БП происходит независимо от депрессивного статуса пациента [76]. Интересно, что Dujardin et al. [40], которые обнаружили ухудшение FER, обнаружили снижение тревожности после операции. В исследовании Albuquerque et al. [47], психоневрологические симптомы (апатия и депрессия) нельзя было предсказать с помощью тестов на распознавание эмоций. Более того, Drapier et al. [63] не обнаружили корреляции между послеоперационным ухудшением апатии и распознаванием эмоций и предположили, что каждая из этих функций имеет отдельные функциональные сети, вероятно, проходящие через STN.С другой стороны, Enrici et al. [48] ​​обнаружили значительную отрицательную корреляцию между апатией и показателями FER в обеих группах PD (получающих дофаминергическую терапию или одновременно дофаминергическую терапию и STN DBS).

5.5. Neurosurgical Issues

Нейрохирургической мишенью для DBS при БП является сенсомоторная область STN (дорсолатеральная территория). Однако небольшой размер этой структуры (приблизительно) по сравнению с размером каждого контакта имплантированного электрода () предполагает, что DBS может влиять на другие области STN, кроме моторной, и особенно на ее лимбическую территорию, посредством диффузии тока в зависимости от импульса. ширина и напряжение [40].Более того, кажется, что существует существенное перекрытие между различными областями STN [13], и есть доказательства, что они связаны ГАМКергическими интернейронами [142]. Действительно, Lambert et al. [89] сообщили, что большинство областей коры имеют проекции на все функциональные субтерритории STN и наоборот. Другим фактором является роль хирургической траектории для размещения электродов: электроды вводятся через лобные доли (и, возможно, дорсолатеральную префронтальную кору) и часто вызывают повреждение волокон, соединяющих таламус или головку хвостатого ядра с лобными долями, которые регионы, вовлеченные в высшие когнитивные процессы [36].Действительно, York et al. [143] отметили, что когнитивные и эмоциональные изменения через шесть месяцев после двустороннего STN DBS могут быть связаны с хирургической траекторией и размещением электродов. Имплантация электрода может также повлиять на различные когнитивные функции, такие как внимание и рабочая память [33], а также на выполнение пациентами задач распознавания эмоций за счет повышения импульсивности [138]. Существует также эффект «микроповреждения», который отражает посттравматическую реакцию ткани внутри STN, вызванную имплантацией электродов [144].Этот эффект, хотя обычно кратковременный и с меньшей вероятностью влияет на исход DBS, может вызывать изменения в региональном метаболизме в STN, бледном шаре, вентральном таламусе и сенсомоторной коре головного мозга [145, 146].

5.6. Латерализация

Связи между STN и корой ипсилатеральные [89]. Эмоциональные слуховые стимулы вызвали активность в правом вентральном STN в электрофизиологическом исследовании [147]. Другое исследование [121] пришло к выводу, что STN DBS вызывает гипоактивацию правой веретенообразной извилины.Более того, визуализирующее исследование [66] показало, что подавление активности боковой веретенообразной области лица было результатом стимуляции правой STN. В другом исследовании нейровизуализации [107] была обнаружена асимметрия у пациента с гипоманиакальными эпизодами, вызванными DBS, при этом левый STN показал более низкую связь с префронтальной корой. Кроме того, Lambert et al. [89] сообщили о частично асимметричных проекциях STN, при этом височный полюс в пользу левого, а орбитальная извилина — в пользу правого.Все лимбические связи были более выражены в левом полушарии, за исключением правостороннего преобладания связей со средней лобной извилиной, средней передней поясной извилиной и верхней прецентральной извилиной [89]. Таким образом, может иметь место латерализация в пользу правого STN в соответствии со знанием того, что правое полушарие обычно более активно в эмоциональной обработке [148]. Интересно, что Coundouris et al. [56] в своем метаанализе обнаружили, что пациенты с левосторонним дебютом БП, то есть с патологией, вызванной правым полушарием, обладают более низкой способностью распознавать эмоции.Поскольку в большинстве исследований этот параметр не рассматривался, в будущих исследованиях можно было бы изучить влияние переменной стимуляции правильного STN на социальные способности или даже на инактивацию в конкретных (эмоционально требовательных) социальных ситуациях [66].

5.7. Влияние STN DBS на определенные эмоции

Что касается неправильной атрибуции эмоций, Biseul et al. [44] обнаружили, что наиболее частой ошибочной интерпретацией страха в группе послеоперационной БП было неожиданность, в то время как Peron et al. [41] сообщили, что образец неправильной атрибуции не изменился по сравнению с тем, что было до операции.Неправильная атрибуция отрицательных эмоций может быть вызвана разными причинами. Негативные эмоции, как правило, труднее распознать [149, 150], имея перекрывающиеся черты, в отличие от счастья, которое можно легко распознать по улыбке [151, 152]. С другой стороны, это могло быть связано с общим усилением положительного аффекта, который был связан с STN DBS [96, 153]. Похоже, что некоторые нервные области задействованы в восприятии всех основных эмоций, таких как миндалевидное тело, вентральное полосатое тело, лобная и височная области [154–156], но паттерн активации распознавания отдельных эмоций частично различен [154].Кроме того, одна нейронная структура может выполнять несколько функций в зависимости от функциональной сети и паттерна коактивации в данный момент [155]. Другая причина может заключаться в том, что области, связанные с распознаванием негативных эмоций, могут быть подвержены большей дофаминергической денервации при БП, такие как миндалина, островок, орбитофронтальная и передняя поясная корка [157–159], или что они вовлечены в архаичную систему. эволюционно сохранившийся маршрут, ответственный за распознавание угрожающих стимулов, которые могут быть затронуты при БП [160].Однако неясно, связаны ли STN или его подобласти с обработкой отрицательных эмоций сетью. Le Jeune et al. [42] предположили, что сеть отрицательных эмоций проходит через STN, тогда как Peron et al. [73] предположили, что STN DBS вызывает модификации всех компонентов эмоции независимо от валентности стимула (положительной или отрицательной). Поскольку счастье было единственной положительной эмоцией, протестированной в ходе исследований (удивление можно рассматривать как переходную эмоцию), анатомические основы положительных эмоций гораздо менее изучены (за исключением верхней височной извилины и передней поясной извилины для обработки счастья) [156 , 161]), будущие исследования должны включать больше положительных эмоций (напр.g., благодарность, безмятежность, надежда, гордость, веселье, вдохновение и облегчение), а также более сложные отрицательные эмоции (например, раздражение, тревога, вина, отчаяние и ревность).

5.8. Существуют ли факторы риска для изменения распознавания эмоций лица после STN DBS?

Похоже, что различные факторы риска, такие как уязвимость пациентов перед DBS, дозировка дофамина или стимуляция [37], могут влиять на нейропсихиатрический исход STN DBS. Действительно, пациенты с пограничным когнитивным или поведенческим функционированием, такие как пожилые пациенты, подвержены риску развития послеоперационной поведенческой декомпенсации [162].Другими факторами, которые могут объяснить, почему такие поведенческие симптомы различаются между пациентами после операции, могут быть личностные черты, социальная среда, культурные различия и усвоенное поведение [36]. Также следует принимать во внимание анатомическую изменчивость между субъектами [107] и изменчивость с точки зрения когнитивных способностей (например, легкие когнитивные нарушения). Другой аспект, который может быть изучен в будущих исследованиях, заключается в том, происходит ли ухудшение FER после DBS в подгруппе пациентов с отчетливыми немоторными характеристиками, т.е.д., преобладающий немоторный подтип, например, подгруппа с преобладанием неремора, которая больше связана с когнитивными и аффективными симптомами [120], или диффузный фенотип, который, вероятно, будет иметь легкие когнитивные нарушения, ортостатическую гипотензию и расстройство поведения во сне в фазе быстрого сна на исходном уровне и в более быстрое прогрессирование немоторных симптомов [163]. Argaud et al. [52] предположили, что гипомимия может играть роль в трудностях эмоциональной обработки при БП. Таким образом, предметом будущих исследований может быть также изучение гипомимии после STN DBS в связи с изменением FER.Таким образом, существует сложная взаимосвязь между предрасположенностью, хирургическими и послеоперационными проблемами.

6. Заключение

Таким образом, большинство опубликованных к настоящему времени исследований показали, что распознавание лицевых эмоций у пациентов с БП после операции DBS на STN ухудшается по сравнению с состоянием до операции [40–42, 63], в то время как несколько исследований не показали. значительное нарушение FER после STN DBS [46, 64]. Кроме того, исследования показали худшую FER в состоянии ON STN по сравнению с OFF без дофаминергических препаратов [43, 62], в то время как при приеме лекарств не сообщалось о значительной разнице [46, 62].Основные выводы и соображения, касающиеся влияния STN DBS на FER, суммированы в таблице 2. Следует признать ограничения текущего обзора, такие как небольшие размеры выборки исследований, различные периоды наблюдения после операции и, возможно, различная чувствительность Среди исследований использовалось тестирование FER, а также тот факт, что исследования были в основном наблюдательными, а не рандомизированными контрольными исследованиями. Более того, нельзя исключить, что исследования с положительными результатами были опубликованы с большей вероятностью по сравнению с исследованиями, не показавшими никаких различий после DBS.Кроме того, исследования проводились на пациентах с БП, у которых вовлечение СТЯ могло отражать компенсаторную реакцию. Тем не менее, данные указывают на функциональную роль STN в лимбических цепях. Действительно, существуют различные факторы, которые необходимо выяснить в будущих исследованиях, такие как методологические расхождения в исследованиях, нейрохирургические проблемы, роль самого заболевания и роль дофаминергических препаратов. В настоящее время также неясно, являются ли послеоперационные изменения ФЭР преходящими или стойкими.Следовательно, необходимы долгосрочные последующие исследования с тестированием в различные моменты времени после операции. Более того, в будущих исследованиях следует тестировать более крупные когорты пациентов с использованием стандартизированных подтвержденных нейропсихологических показателей FER, которые будут включать все основные эмоции и измерять как точность ответа FER, так и время реакции в качестве результата. Кроме того, в будущих исследованиях было бы интересно посмотреть на корреляцию результатов FER с положением электрода по отношению к STN и объему ткани, активированной DBS.

Изменения FER после STN DBS можно отнести к функциональной роли STN в когнитивных и лимбических цепях [103, 164, 165] или к вмешательству стимуляции STN с интеграцией нейронные сети, участвующие в FER [42, 66].Важно отметить, что сети не статичны, а динамичны [166], адаптируясь к текущим сложным задачам или ситуациям. Таким образом, FER может изменяться с течением времени после DBS. Таким образом, роль STN расширяется: STN представляет собой центральную позицию для многоуровневой интеграции моторной, когнитивной и аффективной информации [107]. DBS препятствует информационному взаимодействию в STN, исходящему из таких структур, как префронтальная кора, передняя поясная извилина и миндалевидное тело. Стимуляция STN способствует задействованию связанных с движением префронтальных областей, что сопровождается улучшением моторики [167, 168]; однако он может оказывать противоположный эффект на ассоциативные и лимбические проекционные области базальных ганглиев и приводить к негибкости психических реакций [169].Следовательно, высокочастотная стимуляция STN способна восстановить моторную цепь, но может вызвать функциональный дисбаланс в немоторной (лимбической) цепи, что может объяснить, почему в большинстве исследований сообщалось об ухудшении FER после DBS.

Выражение лица — это сильное невербальное проявление эмоций, которое передает информацию о валентности другим и является важным элементом коммуникации в социальных взаимодействиях. В будущих исследованиях следует оценить, влияют ли трудности в распознавании и обработке эмоций на качество жизни пациентов и лиц, осуществляющих уход.Действительно, пациенты после операции DBS часто испытывают трудности в отношениях с близкими членами семьи и социально-профессиональным окружением [170]. Нарушение FER может способствовать возникновению этих трудностей в интерпретации социальных сигналов. Другой вопрос заключается в том, можно ли улучшить психоневрологические расстройства после DBS с помощью интервенционных стратегий или даже предотвратить. Это подчеркивает важность нейропсихологического подхода к пациентам с БП после STN DBS, что выгодно в контексте мультидисциплинарной команды, для оптимизации моторных и немоторных исходов DBS.

DBS — это эффективный метод лечения болезни Паркинсона. Существует множество доказательств того, что это более эффективно, чем оптимальная медикаментозная терапия [24]. Тщательно отобранные пациенты, помимо значительного улучшения моторики, испытывают существенное улучшение качества жизни [23], которое преодолевает побочные эффекты. DBS является важным терапевтическим вмешательством для пациентов с трудноизлечимыми двигательными симптомами, у которых немоторные симптомы не являются преобладающими [1, 24], что подчеркивает важность индивидуализации лечения БП в зависимости от симптомов пациента.Аспекты, обсуждаемые в данной статье, улучшают наше понимание роли STN в эмоциональном контроле в растущей области аффективной нейробиологии. Однако влияние STN DBS на способности социального восприятия требует дальнейших исследований. Тщательно разработанные исследования у пациентов с БП до и после STN DBS могут расширить наши знания о роли STN в социальном взаимодействии и лучше информировать индивидуализированные клинические решения о лечении DBS при БП.

Раскрытие информации

Не было написания или редактирования рукописи какой-либо другой стороной, не указанной в списке авторов.Решение о подаче рукописи в публикацию было принято исключительно авторами рукописи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Публикация статьи финансировалась за счет непроектных средств авторов.

Достижения в области многоугольного спутникового дистанционного зондирования отдельных взвешенных в воздухе твердых частиц и их связи с неблагоприятными последствиями для здоровья: от MISR до MAIA

1.

Введение

Многочисленные эпидемиологические исследования предоставили убедительные доказательства того, что вдыхание взвешенных в воздухе твердых частиц (ТЧ) сокращает продолжительность жизни и способствует множеству других проблем со здоровьем, включая болезни сердца, инсульт, нарушение дыхания, рак легких, диабет, снижение когнитивных функций и неблагоприятные исходы родов. ^{1 — 5} Исследование глобального бремени болезней (ГББ) ^{6 — 8} ранжирует PM2 в окружающей среде.5 (частицы с аэродинамическим диаметром <2,5 мкм) в качестве основного фактора риска для окружающей среды во всем мире, вызвав около 4,1 миллиона преждевременных смертей в 2016 году. Хотя исследования ГББ и многие другие исследования сосредоточены на воздействии на человека общей массы PM2,5, относительная токсичность конкретных типов ТЧ - смесей частиц с различным распределением по размерам и химическим составом - остается менее изученным. ^{9 , 10} Поскольку эти типы часто имеют разные источники, это является серьезным препятствием для целенаправленных мероприятий, которые улучшили бы общественное здоровье.

ТЧ в воздухе представляет собой сложную смесь частиц разного размера, формы и химического состава, происходящих из нескольких источников и подверженных динамическим атмосферным преобразованиям. Проблемы, связанные с изучением воздействия на здоровье различных типов ТЧ, отчасти связаны с неоднородностью свойств частиц и их изменчивостью в пространстве и времени. Хотя наземные мониторы предоставляют наиболее точные доступные средства для измерения массовой концентрации ТЧ и химического состава в фиксированных точках, они недоступны во многих частях развивающегося мира.Мониторы, способные измерять состав ТЧ, особенно редки, и даже если они доступны, им не хватает пространственной плотности, необходимой для оценки мелкомасштабных градиентов воздействия. Как отмечает Всемирный банк, ¹¹ «Нехватка государственных ресурсов ограничивает мониторинг атмосферных концентраций ТЧ в развивающихся странах, несмотря на их большое потенциальное воздействие на здоровье. В результате, политики … остаются неуверенными в отношении подверженности своих жителей загрязнению воздуха ТЧ ».

Национальная академия наук США уделяет приоритетное внимание улучшению нашего понимания относительной токсичности различных типов ТЧ. ¹² Одних только наземных мониторов, особенно тех, которые способны измерять заданные ТЧ, недостаточно для достижения этой цели, поскольку они слишком редки и дороги в установке и обслуживании. Неточные оценки воздействия могут возникать, когда концентрации ТЧ меняются в пространственных масштабах, меньших, чем расстояния между мониторами. ¹³ Хотя воздействие ТЧ в масштабе нескольких сотен метров может быть важным для людей, живущих вблизи источников загрязнения (таких как основные дороги) или лиц с ограниченной подвижностью (например,g., жители домов престарелых), недавние геостатистические исследования показывают, что большая часть пространственной изменчивости ТЧ адекватно отбирается в масштабах от 1 до 4 км. ^{14 , 15} Агентство по охране окружающей среды США (EPA) отмечает, что «использование центральных стационарных мониторов для отображения воздействия на население» является ключевым фактором, ограничивающим наши знания о том, какие типы PM представляют наибольшую опасность для здоровья. , ¹⁰ и рекомендует проводить мониторинг городских PM в масштабе квартала (0.От 5 до 4,0 км), поскольку он представляет собой условия, в которых люди обычно живут и работают. ¹⁶

Спутниковое дистанционное зондирование — в сочетании с измерениями наземного монитора и результатами моделирования химического переноса (CTM) — в настоящее время предлагает практический подход к частому картированию массовых концентраций PM2,5 в масштабе района по всему миру. Агентство по охране окружающей среды США и Национальный институт наук об окружающей среде подчеркивают ценность дистанционного зондирования для «улучшения наземного отбора проб воздуха и помощи в заполнении широко распространенных пробелов в данных, которые препятствуют усилиям по изучению загрязнения воздуха и защите здоровья населения».” ¹⁷ Оценки массы PM2,5, полученные на основе спутниковых наблюдений, оказались полезными в эпидемиологических исследованиях. ^{18 , 19} Поскольку мониторы видообразования ТЧ даже менее распространены (и более дороги), чем те, которые измеряют общие массовые концентрации, будущий прогресс в спутниковых возможностях определения типа частиц и расширение существующих методологий для обработки видообразования будет иметь важное значение. потенциал для улучшения нашего понимания того, какие смеси и источники ТЧ являются наиболее вредными.Эта информация может помочь определить приоритетность рекомендаций по качеству воздуха, облегчить экономически эффективные стратегии мониторинга и смягчения последствий, а также помочь исследованию биологических механизмов документированного воздействия ТЧ на здоровье человека. ¹²

Панель «Погода и качество воздуха» Десятилетнего обзора наук о Земле и прикладных космических исследований за 2017 год ²⁰ включает в числе своих наивысших приоритетных целей улучшение способности оценивать глобальное воздействие загрязнения воздуха на здоровье человека, а также и поддержание надежной комплексной стратегии наблюдений за пространственным распределением ТЧ (включая видообразование).«Учитывая, что частицы, ответственные за риски для здоровья человека, расположены вблизи уровня земли, Decadal Survey признает необходимость в интегрированной стратегии, сочетающей космические, авиационные и наземные наблюдения, дополненные данными CTM.

За последние два десятилетия мы стали свидетелями значительного прогресса в нашей способности составлять карты содержания аэрозолей и свойств частиц из космоса. Получение аэрозолей над сушей с помощью таких инструментов, как многоугольный спектрорадиометр (MISR), ²¹ , визуализирующий спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS), ²² и датчик с широким полем обзора для наблюдения за морем (SeaWiFS) ²³ успешно использовались для создания глобальных карт приповерхностных концентраций мелких твердых частиц и отслеживания многолетних тенденций. ^{24 , 25} Эти спутниковые карты мелких твердых частиц использовались в ГББ и многих других исследованиях воздействия на здоровье, в том числе нескольких, которые изучали воздействие PM2,5 и функцию легких, заболевание почек, рак легких, рак груди. , сердечные приступы и исходы родов. ^{7 , 8 , 26 — 32} Эти усилия стали возможными благодаря достижениям в области бортовой аппаратуры и связанных с ней алгоритмов обработки данных.

Текущие усилия в области дистанционного зондирования аэрозолей направлены на улучшение нашей способности определять тип частиц. Было показано, что многоугольные наблюдения, реализованные в спутниковых инструментах, таких как MISR ³³ и поляризация и направленность отражений Земли (POLDER), ³⁴ , обеспечивают эффективный способ достижения этой цели. ^{21 , 35 , 36} Инструмент MISR, созданный Лабораторией реактивного движения (JPL) для полета на космическом корабле НАСА Terra, собирает данные науки о Земле с февраля 2000 года.В этой статье мы кратко рассмотрим применение MISR к дистанционному зондированию аэрозолей и ТЧ. Это обсуждение служит прелюдией к описанию многоугольного тепловизора для аэрозолей (MAIA), ³⁷ , который основан на наследии MISR и в настоящее время находится в разработке в JPL. Ключевые элементы исследования MAIA включают (1) спутниковый инструмент, который включает в себя ряд достижений в измерениях относительно MISR, таких как расширенный спектральный диапазон и поляриметрические изображения, (2) интеграция космических и наземных измерений и выходных данных CTM для создание карт с высоким разрешением на 1-километровой пространственной сетке определенных ТЧ в выбранном наборе глобально распределенных целевых районов и (3) привязка полученных данных о воздействии ТЧ с записями о здоровье человека для оценки воздействия на болезнь.Этот документ предназначен для ознакомления научных кругов, специалистов в области общественного здравоохранения и потенциальных пользователей данных с основными элементами и стратегиями, которые будут использоваться в расследовании MAIA, а также для предоставления обзора текущего статуса разработки проекта.

2.

Многоугольный спектрорадиометр

2.1.

Общие сведения

Прибор MISR ³³ был запущен на полярную солнечно-синхронную орбиту на борту космического корабля НАСА Terra 18 декабря 1999 года.Обычные наблюдения Земли начались 24 февраля 2000 г. MISR использует девять отдельных камер для изображения Земли под девятью дискретными углами обзора: 0 ° (надир) и 26,1 °, 45,6 °, 60,0 ° и 70,5 ° вперед и назад от надира. Изображения с пространственным разрешением от 275 м до 1,1 км в полосе обзора шириной 400 км получают в четырех спектральных диапазонах видимого / ближнего инфракрасного (VNIR) (446, 558, 672 и 866 нм) в каждой камере с использованием систем обнаружения движения космических аппаратов и линейных детекторов. MISR был разработан, чтобы улучшить наше понимание климата, экологии и окружающей среды Земли.Набор продуктов ³⁸ подтвержденных геофизических данных создан и заархивирован для публичного распространения в Центре данных по атмосферным наукам в Лэнгли НАСА (ASDC). Обширная библиография рецензируемых публикаций, описывающих, применяющих и подтверждающих данные MISR для исследований аэрозольного климата, качества воздуха и воздействия на здоровье, радиации и взаимодействия облаков с климатом, ветров, отслеживаемых облаками, и науки о биосфере и криосфере на поверхности, доступна на веб-сайт MISR. ³⁹

2.2.

Аэрозольные данные Создание продукта

Одной из целей исследования MISR является глобальное картирование аэрозолей. Прямые радиационные эффекты аэрозолей, как по величине, так и по знаку, зависят главным образом от оптической толщины аэрозоля (AOD), альбедо однократного рассеяния, фазовой функции рассеяния и альбедо подстилающей поверхности. Аэрозоли также оказывают косвенное воздействие на климат и гидрологию, воздействуя на альбедо, продолжительность жизни и микрофизические свойства облаков, и играют важную роль в здоровье человека и окружающей среды.

Наблюдения за яркостью в нескольких углах важны для усиления сигнала аэрозоля относительно отражения от поверхности и обеспечения чувствительности к фазовым функциям рассеяния аэрозоля, которые определяются размером, формой и составом частиц. ^{40 — 42} Алгоритмы на основе переноса излучения применяются к радиометрически откалиброванным, георективируемым и экранированным облаками многоугольным мультиспектральным изображениям MISR для создания аэрозольного продукта. На суше работают вместе два основных алгоритма.Первый, известный как неоднородная земля, использует пространственные контрасты для получения эмпирической ортогональной функции, представляющей вклад поверхности в измеренное многоугловое сияние. ⁴³ Второй, известный как однородная земля, использует сходство угловой формы поверхностных двунаправленных коэффициентов отражения (BRF) среди четырех спектральных диапазонов в качестве ограничения на извлечение аэрозоля. ⁴⁴ Оба алгоритма используют многоугольную природу наблюдений MISR.Используя справочную таблицу, состоящую из 74 смесей аэрозольных частиц, имеющих заданные микрофизические и оптические свойства, и используя несколько показателей согласия для сравнения смоделированной яркости в верхней части атмосферы с наблюдениями MISR, алгоритм поиска обеспечивает чувствительность как к AOD, так и виды аэрозолей. ³⁵

2.3.

Приложение к качеству воздуха и здоровью человека

Сравнение AOD MISR с независимыми AOD наземного солнечного фотометра из сети Aerosol Robotic Network (AERONET) ⁴⁵ показывает высокую положительную корреляцию, ^{46 , 47} , включая более засушливые земли и городские районы. ^{48 — 50} В результате MISR является одним из нескольких спутниковых инструментов, вносящих вклад в широко используемые глобальные карты PM2,5. ^{24 , 25 , 51} Чувствительность MISR к типу частиц позволяет отделить антропогенные аэрозоли от пыли, что привело к улучшенным оценкам приземных концентраций PM2,5 в засушливых западных районах США по сравнению с одноугловые подходы. ^{52 , 53} Эти многомерные регрессионные модели были первоначально разработаны для изучения способности MISR количественно характеризовать приземные концентрации PM2.5 компонентов, таких как сульфат, нитрат, органический углерод (OC) и элементарный углерод (EC). Позже более гибкая обобщенная аддитивная модель (GAM) с использованием фракционного AOD MISR (разделенного по свойствам частиц), масштабированного по вертикальным профилям аэрозольной нагрузки из транспортной модели GEOS-Chem, смогла объяснить 70% изменчивости концентраций сульфатов, измеренных с поверхности мониторы. ⁵⁴ Информация о размере и форме частиц, полученная в результате поиска MISR, использовалась для того, чтобы связать антропогенное загрязнение со значительным десятилетним повышением АОТ и приземных PM2.5 над городскими центрами и густонаселенными сельскими районами Индии. ^{55 , 56}

Валидация результатов извлечения аэрозолей MISR с использованием рабочего продукта с разрешением 17,6 км продемонстрировала высокую точность над сушей для AOD <0,5 и систематическое занижение (хотя и высокую корреляцию) при высокой аэрозольной нагрузке. ^{46 — 50} Иерархическое байесовское моделирование и статистический анализ этого продукта позволили предположить потенциальные преимущества перехода к более высокому пространственному разрешению. ^{57 , 58} Учитывая ценность более мелких пространственных деталей для исследований качества городского воздуха, алгоритм поиска MISR был недавно адаптирован для работы на пространственной сетке 4,4 км, и прототипирование обновленного кода продемонстрировало значительные улучшения в с точки зрения точности, охвата и отображения пространственных градиентов. ⁵⁹ Следовательно, рабочий аэрозольный продукт был повышен с пространственного разрешения 17,6 км (версия 22) до 4,4 км (версия 23), а продукт V23 стал общедоступным в конце 2017 года.Пример улучшения пространственного разрешения и покрытия показан на рис. 1. Эти данные получены с эстакады Терра в юго-восточном Техасе и западной Луизиане 14 февраля 2013 г. Продукт с разрешением 4,4 км отлично справляется с обнаружением повышенных AOD. над Хьюстоном и долиной Красной реки.

Рис. 1

Пример сравнения поиска MISR AOD на 17,6 км (V22) и 4,4 км (V23).

Прототипы аэрозольного продукта MISR длиной 4,4 км использовались в некоторых частях южной и центральной Калифорнии для оценки среднесуточных значений PM2.5, PM10 и определенные концентрации PM2,5. Посредством одноразовой перекрестной проверки на соответствие измерениям федерального эталонного метода EPA было показано, что продукт улавливает пространственную изменчивость PM2,5 в масштабе сетки и разделяет режимы размера PM2,5 и PM10 в большом районе Лос-Анджелеса. ⁶⁰ В другом недавнем исследовании GAM применялись к 15-летнему опыту прототипа 4,4-километрового изделия, и было показано, что GAM способны объяснить 66%, 62%, 55% и 58% изменчивости среднесуточных PM2,5. концентрации сульфата, нитрата, ОС и ЕС. ⁶¹

3.

Многоугольный тепловизор для аэрозолей

3.1.

Общие сведения

НАСА выбрало исследование MAIA в 2016 году как часть своей программы Earth Venture Instrument. Инструмент MAIA основан на наследии MISR и добавляет новые возможности измерения для определения общих концентраций мелких (PM2,5) и крупных (PM10-PM2,5) частиц, а также количеств гидратированных неорганических веществ, OC, черного углерода (BC) или ЕС и минеральная пыль в смесях мелких частиц.Интегрированные спутниковые / приземные данные и стратегия моделирования ⁶² используются для получения среднесуточных значений ТЧ на сетке 1 км. Этот подход позволяет дополнительно разделить неорганические соединения на сульфаты и нитраты. Основные задачи, которые стремится решить MAIA, заключаются в том, чтобы продемонстрировать, что текущие спутниковые стратегии для картирования общей массы PM2,5 могут быть расширены за счет включения видообразования и что этот подход может быть реализован на оперативной основе.

Основная цель MAIA — оценить влияние различных типов переносимых по воздуху ТЧ на здоровье человека.Запланированное расследование состоит из нескольких элементов: (1) спутниковый инструмент MAIA, (2) алгоритмы и программное обеспечение для создания карт PM с использованием данных инструмента MAIA, наземных мониторов и CTM, и (3) эпидемиологические исследования с использованием карт MAIA PM. и геокодированные данные о состоянии здоровья, чтобы связать различные типы PM с неблагоприятными последствиями для здоровья. Увеличивая плотность пространственной выборки и охват PM в целевых регионах, MAIA преодолевает серьезное препятствие, с которым столкнулись предыдущие исследования, изучающие воздействие на здоровье конкретных типов PM, ^{63 — 67} , а именно их ограниченную способность для точной оценки воздействия из-за небольшого количества наземных мониторов ТЧ.Для поддержки других исследований в области атмосферных наук MAIA планирует собирать измерения в областях, представляющих ценность для изучения воздействия аэрозолей и облаков на климат Земли, а также в отношении экстремальных явлений, таких как лесные пожары, пыльные бури и извержения вулканов. Демонстрация на околоземной орбите новых технологий получения изображений, используемых в приборе MAIA, также будет способствовать планированию НАСА будущих миссий.

3.2.

Конструкция прибора

Прибор MAIA предназначен для объединения мультиспектральных, поляриметрических и многоугольных возможностей в единую интегрированную систему построения изображений, способную отображать общие и расчетные ТЧ в масштабе окрестности.В основе прибора — камера с подвижной щеткой, установленная на двухосном подвесе.

3.2.1.

Спектральный охват

Камера MAIA включает спектральные диапазоны в ультрафиолетовом (УФ), VNIR и коротковолновом инфракрасном (SWIR) диапазонах, что улучшает чувствительность к свойствам аэрозольных частиц по сравнению с диапазонами MISR, предназначенными только для VNIR. Длины волн УФ-излучения используются для обнаружения поглощения гематитом и оксидом алюминия частицами пыли, нитрованными ароматическими и полициклическими ароматическими углеводородами в органических аэрозолях (например,g., коричневый углерод) и BC или EC (сажа). ^{68 , 69} Использование полос VNIR для тонкодисперсных аэрозолей основано на традициях MISR, MODIS и POLDER. SWIR чувствителен к крупным аэрозолям, ⁷⁰ , а полоса, расположенная в зоне сильного поглощения водяного пара, обеспечивает улучшенное экранирование перистых облаков. ⁷¹ Каналы в пределах и около диапазона A O2 включены для изучения чувствительности к высоте слоя аэрозоля (и облаков). ^{72 , 73} Таблица 1 суммирует набор спектральных диапазонов MAIA.

Таблица 1

Спектральные полосы MAIA.

3.2.2.

Поляриметрия

Как показано в Таблице 1, три полосы MAIA являются поляриметрическими, что обеспечивает дополнительную чувствительность к размеру частиц и их составным параметрам, таким как показатель преломления. ^{74 — 76} Ограничивая эти свойства частиц, поляризация также работает вместе с излучением, чтобы ограничить поглощение аэрозоля. ⁷⁷ Чтобы воспользоваться преимуществами поляриметрии в будущих приборах, специалисты по аэрозолям установили требование неопределенности ± 0.005 по степени линейной поляризации, ⁷⁸ , что более чем в три раза строже, чем у POLDER. Камера MAIA достигает такого уровня точности при пространственном разрешении 1 км (по сравнению с 6 км с POLDER) за счет использования метода модуляции поляризации, обеспечиваемого парой фотоупругих модуляторов и парой ахроматических четвертьволновых пластин. ^{79 , 80} Это приводит к изменяющимся во времени колебаниям в плоскости линейной поляризации с частотой около 27.5 Гц. Интегральная схема считывания обеспечивает быструю выборку модулированных сигналов во время каждого кадра изображения с кнопками. Кремниевые детекторы используются в УФ / ВНИК и ртутно-кадмиево-теллуридных детекторах в SWIR. Над детекторной решеткой находится набор спектральных фильтров и проводных анализаторов поляризации. Похожая система, работающая в УФ / ВНИР, была реализована в бортовом многоугольном спектрополяриметрическом формирователе изображений JPL (AirMSPI). ⁸¹ AirMSPI-2 второго поколения расширяет спектральный диапазон до SWIR. ⁸² MAIA использует наследие обоих бортовых приборов.

3.2.3.

Многоугольная визуализация, охват площади и пространственное разрешение

Камера MAIA представляет собой четырехзеркальную оптическую систему f / 5,6 с поперечным и продольным фокусными расстояниями в центре оптического поля зрения 57 и 61 мм. , соответственно. Поскольку орбита MAIA еще не известна, эта конструкция рассчитана на любую высоту орбиты от 600 до 850 км. В отличие от MISR, который содержит несколько камер, нацеленных на дискретные углы обзора вдоль пути, одиночная камера MAIA установлена ​​на сборке двухосного карданного подвеса, который может направлять поле обзора камеры на любое положение вдоль пути и поперек пути в двунаправленном поле обзора. .Миниатюрный привод с двойным приводом (MDDA) приводит в движение каждую ось кардана. MDDA использовался в MISR и других спутниковых инструментах и ​​обеспечивает 100% резервирование каждой оси карданного подвеса и устойчивость к механическим или электрическим неисправностям в одной точке.

Целевой характер инструмента MAIA позволяет проводить регулярные многоугольные наблюдения за глобально распределенным набором исследовательских участков. Подвес продольного (сканирования) имеет диапазон движения ± 58 градусов, в то время как поперечный (панорамированный) стабилизатор имеет диапазон движения ± 39 градусов, что в сумме с полем поперечного сечения ± 9 градусов. обзора обеспечивает поперечное поле обзора ± 48 градусов.Возможность панорамирования позволяет получить доступ к целям, которые не находятся непосредственно на траектории полета космического корабля, что позволяет наблюдать каждую цель в среднем не менее трех раз в неделю. Изображения одной и той же области можно наблюдать под разными углами обзора в последовательности «шаг-и-взгляд». Также возможен режим «развертки», при котором карданный вал сканирования непрерывно перемещается в доступном диапазоне.

Для большинства целей изображения будут получены с использованием пошагово-пристального режима (рис.2). В этом режиме стабилизаторы ориентируют камеру так, чтобы видеть переднюю кромку цели, начиная с наиболее наклонного переднего угла обзора. Снимки с перемычкой получают, пока камера остается зафиксированной под этим углом, после чего карданный вал сканирования перемещается к следующему (меньшему) углу обзора вперед, и изображения той же области повторно снимаются. Эта последовательность повторяется до тех пор, пока наблюдения не будут получены под всеми заданными углами. Привод панорамирования компенсирует вращение Земли между видами. Наблюдение под пятью углами обзора дало бы длину цели> 330 км с орбиты 600 км и> 420 км с орбиты 850 км.Число углов обзора можно выбрать, при этом большее количество углов приводит к более короткому расстоянию вдоль трассы, видимому для всех видов. В надире конструкция камеры покрывает поперечную полосу обзора 192 км на высоте орбиты 600 км, увеличиваясь до 272 км на высоте 850 км. Даже на самой низкой высоте целевые размеры охватывают крупные мегаполисы. Размеры зоны покрытия составляют порядка 200 м в надире и увеличиваются с увеличением угла обзора, особенно в продольном направлении. На максимальной высоте орбиты и наиболее наклонном угле обзора размер следа вдоль трассы остается ниже 1100 м, а выборка передискретизируется в 4 раза.5 в результате высокой частоты кадров.

Рис. 2

Пример последовательности шагов и взгляда MAIA, показывающий случай пяти дискретных углов обзора.

3.2.4.

Приборная система

Концептуальная схема прибора MAIA показана на рис. 3. Цилиндрический корпус служит радиатором для отвода тепла от электроники камеры. Другой радиатор, установленный для наблюдения за глубоким космосом, рассеивает тепло из фокальной плоскости, которая пассивно охлаждается до 225 К, чтобы ограничить темновой ток в детекторах SWIR.Другие части инструмента включают в себя структурные опоры, двухосный карданный шарнир, электронику инструмента, бортовой калибратор (OBC) и темную мишень (DT). OBC состоит из стеклянного рассеивателя и массива проводных поляризаторов и освещается солнечным светом, когда космический корабль пересекает один из полюсов орбиты. DT — это светозащищенный резонатор для измерения темных уровней. Двухосный стабилизатор позволяет периодически направлять камеру на эти калибраторы, а полученные данные используются при обработке наземных данных для обновления поляриметрических калибровок и калибровок смещения темноты.

Рис. 3

Концептуальная схема прибора MAIA.

3.3.

Science Operations

MAIA должен быть выведен на низкую солнечно-синхронную полярную орбиту на высоте от 600 до 850 км. Высота орбиты и среднее местное время пересечения экватора будут установлены после выбора основного космического корабля. Время перехода от середины до позднего утра является предпочтительным, чтобы учесть выгорание тумана и перемешивание пограничного слоя, а также потому, что утром ожидается меньше облаков, чем днем. ⁸³ Кроме того, поскольку доступная область в поле обзора прибора увеличивается с высотой орбиты, частота повторных посещений цели обычно увеличивается с увеличением высоты орбиты. НАСА планирует выбрать космический корабль-хозяин в конце 2018 года, а запуск ожидается не ранее середины 2021 года. Базовая продолжительность миссии — 3 года.

Научные данные будут собираться в среднем по одной цели на орбиту, что дает около 100 съемок в неделю. Типичный объем данных прибора для каждой цели оценивается в 29 Гбит, что немного больше, чем объем, генерируемый MISR на одной орбите, несмотря на то, что MAIA наблюдает дискретные цели, в то время как MISR непрерывно наблюдает за освещенной стороной Земли.Это результат большего количества спектральных полос в MAIA, сбора поляриметрических данных и использования бортового пространственного усреднения в MISR. Первичные целевые районы (PTA) — крупные населенные пункты, предназначенные для проведения эпидемиологических исследований Научной группой MAIA. ПТА будут наблюдаться в пошаговом режиме, и они будут выбраны для включения крупных населенных пунктов, охватывающих диапазон концентраций ТЧ и типов частиц; поверхностные аэрозольные солнечные фотометры (например, от AERONET ⁴⁵ ) для валидации поиска аэрозолей; Мониторы массы, размера и химического состава ТЧ, связанные с различными измерительными сетями ^{84 , 85} , чтобы обеспечить возможность разработки регрессионных моделей статистического и машинного обучения, которые связывают извлеченные интегрированные по столбцам свойства аэрозолей с приповерхностными ТЧ; и данные о состоянии здоровья, геокодированные по домашним адресам, почтовым индексам, группам переписи населения или аналогичным местоположениям субъектов исследования.Вторичные целевые области (STA) представляют собой регионы, представляющие интерес с точки зрения качества воздуха или других исследований аэрозолей и облаков (например, науки о климате), и в них может использоваться либо пошаговый режим, либо режим развертки в зависимости от цели измерения. STA не предъявляют тех же требований к доступности наземных мониторов, что и PTA, и возможность обработки данных более высокого уровня, помимо создания калиброванных и георектированных изображений (см. § 3.4.1), будет оцениваться в каждом конкретном случае. Целевые области калибровки / валидации (CVTA) будут регулярно наблюдаться для калибровки прибора и мониторинга стабильности, а также для валидации аэрозолей / ТЧ.Поскольку прибор MAIA не содержит абсолютного радиометрического калибратора, предварительная калибровка камеры будет регулярно обновляться посредством дополнительных калибровок в Railroad Valley, штат Невада. Метод косвенной калибровки широко применяется во многих исследованиях спутниковых датчиков и использует измерения поверхности и атмосферы, полученные во время пролета спутника, для расчета яркости верхней части атмосферы и обновления радиометрического отклика прибора. Наблюдения MAIA неинструментированных, но устойчивых земных целей, таких как пустыня Ливия-4, также будут использоваться для поддержания погрешности радиометрической калибровки в пределах ± 4% над яркими целями (± 6% над темными целями).Подходящий набор PTA, STA и CVTA показан на рис. 4. Специализированные съемки по возможным целям могут быть получены во время эпизодических событий, таких как извержения вулканов, крупные лесные пожары или пыльные бури.

Рис. 4

Набор кандидатов PTA, STA, CVTA и репрезентативных городов.

Кандидаты в PTA и STA, показанные на рис. 4, включают исторически малоизученные территории (например, Африка). Список подлежит обновлению в будущем, поскольку возможность наблюдения за некоторыми целями будет зависеть от высоты орбиты космического корабля-носителя, а переговоры о доступе к необходимым наземным мониторам и данным о состоянии здоровья все еще продолжаются.

3.4.

Обработка данных и продукты

Продукты данных MAIA следуют иерархии НАСА от уровня 0 (необработанные данные приборов) до уровня 1 (калиброванные и георективируемые изображения), уровня 2 (геофизические продукты в том же месте, что и исходные данные уровня 1) и уровень 4 (интеграция измеренных и смоделированных результатов). Поскольку пространственная привязка и картографическая проекция включены в обработку уровня 1 аналогично тому, как это делается для MISR, ⁸⁶ MAIA не идентифицирует отдельные продукты уровня 3.Программное обеспечение для обработки данных, разработанное в центре научных вычислений MAIA в JPL (с алгоритмическими подходами и программным обеспечением, частично унаследованным от проектов MISR и AirMSPI), будет доставлено в NASA Langley ASDC для создания продукта.

3.4.1.

Калиброванные и георективируемые изображения уровня 1

Калиброванные и георективируемые изображения уровня 1 будут проецироваться на карту на высоту поверхности местности для получения пошаговых изображений и на эллипсоид поверхности для наблюдений с разверткой.Для тех целевых областей, которые будут подвергаться высокоуровневой обработке аэрозолей и ТЧ, алгоритм на основе дерева решений, основанный на опыте MISR и MODIS ^{87 — 89} , будет использоваться в оперативном режиме для обнаружения покрытых облаками пикселей.

3.4.2.

Аэрозоль уровня 2

Концепция обработки аэрозолей MAIA уровня 2 предусматривает использование алгоритма нелинейной оптимизации для настройки свойств аэрозоля в соответствии с полным набором многоугольных, мультиспектральных и поляриметрических данных, предоставляемых прибором MAIA.Этот алгоритм был прототипирован с использованием данных AirMSPI. ⁹⁰ Для MAIA приемлемые пределы микрофизических и оптических свойств аэрозоля могут быть получены путем настройки CTM на региональном уровне и анализа климатологии аэрозолей для каждого PTA. Предварительно установленная база данных BRF на поверхности, основанная на алгоритме многоугловой реализации атмосферной коррекции (MAIAC) ^{91 , 92} , будет еще больше ограничивать поиск. Для стабилизации алгоритма будут наложены ограничения на пространственные и спектральные вариации свойств аэрозоля в соседних пикселях и временные вариации свойств отражения поверхности ^{76 , 90} в течение нескольких дней после повторных посещений цели.База данных поверхности MAIAC, которая была проверена на наличие облаков, потенциально добавляет дополнительный слой защиты от облаков. ⁹³ Этот подход приводит к извлечению как общего AOD, так и дробного AOD, связанных с мелкими, крупными, сферическими, несферическими, поглощающими и непоглощающими аэрозолями на сетке 1 км. Прогнозируемые отношения сигнал / шум (SNR) в полосах, используемых для извлечения аэрозолей, находятся в диапазоне приблизительно от 190 до 880 над темными целями (коэффициент отражения от поверхности в наихудшем случае ∼0,02).Были определены требования к шумовым характеристикам, чтобы ограничить влияние случайного инструментального шума на извлечение и обеспечить SNR, аналогичные тем, которые достигаются с MISR.

3.4.3.

Уровень 2 PM

На следующем этапе процесса извлечения полученные общие и дробные AOD преобразуются в массовые концентрации PM10, PM2,5 и основных компонентов PM2,5, включая сульфаты, нитраты, OC, BC или EC и минералы. пыль. Отчетность о BC или EC зависит от типа наземного монитора, доступного в данном PTA.Пыль относится к ресуспендированным неорганическим материалам, таким как почва, дорожная пыль, строительная пыль или летучая зола. Существует несколько ключевых различий между продуктами AOD уровня 2 и PM, которые необходимо учитывать при этом преобразовании. Во-первых, AOD — это величина, интегрированная в столбец, тогда как для изучения воздействия переносимых по воздуху ТЧ на здоровье человека наибольший интерес представляют частицы вблизи поверхности. Во-вторых, концентрации PM обычно указываются при контролируемой относительной влажности (RH), тогда как MAIA AODs соответствуют окружающей RH.В-третьих, эпидемиологов интересует средняя концентрация ТЧ за 24-часовой период, в то время как спутник MAIA пролетает над своими целями в определенное время суток. Наконец, физические и оптические характеристики частиц, захваченных в полях АОТ, лишь косвенно связаны с химическим составом.

Преобразования от общего и дробного AOD во время пролета спутника к усредненной за 24 часа общей массе PM и фракциям частиц PM, если они получены исключительно на основе только наблюдений MAIA, вероятно, будут сопряжены с систематическими ошибками и погрешностями.Однако предыдущие исследования показали, что модели геостатистической регрессии (GRM), полученные из AOD, дробного AOD и других атрибутов окружающей среды, таких как температура, относительная влажность, скорость ветра, тип земного покрова и вид аэрозолей с вертикальным разрешением из CTM, а также совместно размещенные измерения с наземных мониторов, могут использоваться для эмпирической калибровки спутниковых данных в местах, где наземные мониторы отсутствуют, и для учета различий в том, как определяются продукты AOD и PM. ^{53 , 94 — 96} Исследуется ансамблевой подход к генерации GRM с использованием как байесовской структуры, так и различных методологий машинного обучения, например, искусственных нейронных сетей, опорных векторных машин и случайных леса. ^{97 , 98}

Для создания карт уровня 2 специфических PM2,5 MAIA будет опираться на текущую практику и включать данные мониторов видообразования PM в дополнение к тем, которые измеряют общее PM2.5 и PM10 при создании GRM. Источники таких данных включают Сеть химического анализа (CSN) и сеть межведомственного мониторинга защищенных визуальных сред (IMPROVE), сеть ⁸⁴ Surface Particulate mAtter Network (SPARTAN), ⁸⁵ другие существующие мониторы в PTA и дополнительные наземные мониторы для быть развернутым проектом MAIA. Текущие планы состоят в том, чтобы расширить сеть SPARTAN с помощью пробоотборников на основе фильтров в MAIA PTA. Чтобы справиться с задержкой в ​​несколько месяцев, связанной с доступностью данных CSN, IMPROVE и SPARTAN, для генерации промежуточных данных будут использоваться среднемесячные доли видов за тот же месяц в предыдущие годы, дополненные вспомогательной информацией, такой как температура и относительная влажность. оценки специфицированных PM2.5 в местах расположения мониторов. Как только фактические данные станут доступны, продукты MAIA уровня 2 будут переработаны.

Также рассматривается вопрос о развертывании недорогих датчиков частиц на основе рассеяния света, таких как PurpleAir (PA) ⁹⁹ , в дополнение к существующим сетям PM2,5 и PM10, спонсируемым государством. Полевые и лабораторные испытания, проведенные Центром оценки характеристик датчиков качества воздуха (AQ-SPEC) Южного побережья Управления качеством воздуха (SCAQMD), показывают, что, хотя PA имеет тенденцию переоценивать массу ТЧ, обнаружена высокая степень корреляции с эталонными методами EPA, ¹⁰⁰ включение коррекции систематических смещений в данных PA.JPL развернула несколько датчиков PA (предоставленных SCAQMD) в Бейкерсфилде, Фресно и Визалии, Калифорния, для дальнейшей оценки.

3.4.4.

Уровень 4, заполненный пробелами PM

Карты уровня 2 PM заполняются данными только в тех случаях, когда были сгенерированы извлечения аэрозолей, экранированные облаками с использованием данных прибора MAIA. Кроме того, карты уровня 2 не создаются в дни, когда нет спутниковых эстакад. Для генерации пространственных и временных оценок воздействия ТЧ с заполненными пробелами, которые необходимы для эпидемиологических исследований, проект MAIA планирует производить ежедневный продукт уровня 4 PM с заполненными пробелами, в котором пространственные пробелы из-за облачности или других выпадений заполняются и PM оценки производятся в непревышенные дни.Три источника данных служат в качестве входных данных для создания этого продукта: продукт ТЧ на основе приборов уровня 2, интерполированные карты, созданные на основе измерений монитора поверхности, и массовые и фракционные концентрации ТЧ, предсказанные CTM. Полный пространственный и временной охват для каждого PTA может быть получен путем объединения данных спутниковых извещений, измерений концентрации на уровне земли и выходных данных CTM в пост-поисковой обработке.

Предполагается, что оценки PM уровня 4 будут средневзвешенными, определяемыми относительной прогностической способностью каждого входного источника.Веса могут варьироваться в зависимости от пространства и времени и выводятся из оценок неопределенности, связанных с каждым из входных данных. Неопределенности, связанные со спутниковым продуктом уровня 2, будут генерироваться как часть алгоритма поиска. Интерполированные значения с наземных мониторов будут наиболее точными для местоположений и моментов времени, ближайших к положению монитора и периоду выборки, и высокая неопределенность будет назначена там, где географические факторы, такие как изменения высоты поверхности, сделают интерполяцию ненадежной.Для CTM MAIA планирует использовать мезомасштабную модель исследования и прогнозирования погоды в сочетании с моделью химии (WRF-Chem), ^{101 , 102} в сочетании с выбросами дыма от лесных пожаров из системы определения местоположения пожаров и моделирования горящих выбросов ¹⁰³ и вложена в глобальную модель состава атмосферы GEOS-Chem, основанную на метеорологических наблюдениях системы наблюдений за Землей Годдарда. ¹⁰⁴ Выходные данные WRF-Chem будут генерироваться на сетке 4 км, а GEOS-Chem — на сетке 25 км.Чтобы учесть систематические ошибки, которые, как известно, поражают даже самые современные CTM, выходные данные ¹⁰⁵ WRF-Chem будут улучшаться на протяжении всей миссии с использованием статистики выходных данных модели, которая анализируется путем сравнения с картами и данными PM, указанными MAIA уровня 2. с наземных мониторов. Например, недавнее исследование ¹⁰⁶ откалибровало выходные данные GEOS-Chem с использованием данных мониторинга видообразования в сочетании с метеорологическими переменными и переменными землепользования с использованием нейронной сети обратного распространения, которая позволяет создавать сложные и нелинейные ассоциации между входными данными модели.Эта модель использовалась для прогнозирования суточных массовых концентраций PM2,5 и компонентов в уменьшенной сетке размером 1 км. Точность прогнозов оценивалась с помощью перекрестной проверки в k-кратном размере. Среднее значение общего R2 на отключенных мониторах составляло 0,85, 0,71, 0,69, 0,83 и 0,81 для PM2,5, EC, OC, нитрата и сульфата соответственно.

Как и в случае с MISR, за архивирование и распространение продуктов данных MAIA отвечает ASDC. В целях защиты частной жизни ни один из общедоступных продуктов геофизических данных, созданных в ходе расследования MAIA и хранящихся в ASDC, не будет содержать никаких данных о состоянии здоровья.Медицинские записи, к которым имеют доступ эпидемиологи и эксперты в области общественного здравоохранения из группы MAIA, будут обрабатываться в соответствии с четко установленными юридическими и этическими требованиями в отношении конфиденциальности, защиты конфиденциальности и безопасности данных.

3.5.

Научные исследования

Различные эпидемиологические исследования запланированы для различных ЗВП MAIA в зависимости от преобладающих присутствующих видов PM, типа имеющихся медицинских записей и предыдущих исследований воздействия загрязнения воздуха в каждой области.Будут использоваться хорошо зарекомендовавшие себя эпидемиологические методологии, такие как временные ряды, перекрестный анализ случаев и когортные исследования ^{107 — 109} .

Информация о возможном наборе PTA (см. Рис. 4) показана в таблице 2. Научная группа MAIA планирует сосредоточить внимание на последствиях для здоровья, связанных с диапазоном концентраций PM и различными временными масштабами воздействия. Острое воздействие происходит в течение нескольких дней и обычно связано с преждевременной смертностью и частым посещением больниц из-за сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний.Эти исследования проводятся путем анализа записей статистики естественного движения населения (например, свидетельств о смерти) и записей о госпитализации или посещениях отделения неотложной помощи. Исследования субхронического воздействия в первую очередь нацелены на исходы родов и осложнения беременности, такие как низкая масса тела при рождении и преэклампсия. Эти результаты обычно исследуются путем анализа записей о рождении, содержащихся в данных статистики естественного движения населения региона, или путем определения когорты новорожденных. Исследования хронического воздействия обычно отслеживают последствия для здоровья на индивидуальном уровне в течение нескольких лет и важны, поскольку они документируют увеличение риска заболеваемости и смертности и часто используются в оценках ГББ.Обычно это делается с помощью установленной когорты или путем анализа существующих медицинских карт в сочетании с данными о долгосрочном проживании. ¹¹¹

Таблица 2

Характеристики кандидатов в ПТС.

66.

67.

69.

73.

74.

76.

77.

85.

89.

90.

94.

96.

98.

101.

103.

105.

109.

111.

114.

116.

119.

120.

122.

123.

128.

132.

Биография

Дэвид Дж.Дайнер — старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института. Он получил степень бакалавра физики в Государственном университете Нью-Йорка в Стоуни-Брук и степень магистра и доктора наук в области планетологии в Калифорнийском технологическом институте. Он является главным исследователем MISR, AirMSPI, AirMSPI-2 и MAIA. Его исследовательские интересы включают атмосферную оптику, разработку приборов дистанционного зондирования и влияние аэрозолей на качество воздуха и климат.

Стейси В.Боланд — системный инженер проекта MAIA в JPL. Она получила степень бакалавра физики в Техасском университете в Далласе и степень магистра и доктора наук в области машиностроения в Калифорнийском технологическом институте. Она руководила многочисленными исследованиями концепций миссий и приборов и является членом Руководящего комитета Десятилетнего обзора наук о Земле и космических приложений за 2017 год.

Майкл Брауэр — профессор Школы здоровья населения Университета Британской Колумбии и аффилированный профессор Института показателей и оценки здоровья Вашингтонского университета.Он получил степень бакалавра биохимии и экологических наук в Калифорнийском университете в Беркли и докторскую степень в области гигиены окружающей среды в Гарварде. Он является советником Всемирной организации здравоохранения и членом основной аналитической группы по глобальному бремени болезней.

Кэрол Брюгге — член технического персонала JPL, специализирующийся на калибровке приборов. Она получила степени бакалавра и магистра прикладной физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, а также степень магистра и доктора наук в области оптических наук в Университете Аризоны.Она является главным исследователем автоматизированного испытательного полигона для калибровки в пустыне в Рейлроуд-Вэлли, штат Невада, а также членом Комитета по спутникам наблюдения Земли.

Кевин А. Берк — менеджер проекта MAIA в JPL. Он получил степень бакалавра машиностроения в Корнельском университете и степень магистра делового администрирования в области предпринимательства и финансов в Школе менеджмента Андерсона Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Он специализируется на проектировании механических систем и ранее был менеджером по доставке продукции на марсоходе Mars Curiosity и менеджером по полетным системам в проекте сверхзвуковых замедлителей низкой плотности.

Рассел Чипман — профессор оптики в Университете Аризоны и приглашенный профессор Центра оптических исследований и образования (CORE) Университета Уцуномия, Япония. Он получил степень бакалавра физики в Массачусетском технологическом институте и степень магистра и доктора наук в области оптических наук в Университете Аризоны. Он специализируется на инженерии поляризационной оптики и сотрудничал с JPL при проектировании и разработке приборов AirMSPI и AirMSPI-2.

Ларри Ди Джироламо — профессор Блу Уотерс на факультете атмосферных наук Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Он получил степень бакалавра астрофизики в Королевском университете в Кингстоне и степень магистра и доктора наук в области атмосферных и океанических наук в Университете Макгилла. Он использует свой опыт в разработке масок облаков и валидации аэрозолей и облаков в научных группах MISR и MODIS.

Майкл Дж. Гарай — научный сотрудник Лаборатории реактивного движения, имеющий опыт в области переноса излучения, разработки алгоритмов извлечения аэрозолей и облаков и валидации для MISR. Он получил степень бакалавра английской литературы и степень бакалавра физики в университете Толедо и степень магистра атмосферных наук в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

Сина Хашеминассаб — специалист по качеству воздуха в отделе развития науки и технологий в районе управления качеством воздуха Южного побережья, обладающий опытом в области мониторинга качества воздуха с использованием пробоотборников на месте и моделирования распределения источников атмосферных ТЧ. Он получил степень бакалавра химической инженерии в Технологическом университете Шарифа (Тегеран, Иран) и степень магистра и доктора наук в области экологической инженерии в Университете Южной Калифорнии.

Эдвард Хайер — физик в Лаборатории военно-морских исследований в Монтерее, Калифорния. Он получил степень бакалавра химии и социологии в колледже Гоучер, а также степень магистра и доктора географии в Университете Мэриленда. Он участвует в разнообразных исследованиях, связанных с наблюдением и моделированием пожаров и дыма, и является ведущим разработчиком системы обнаружения пожаров и мониторинга выбросов от горения (FLAMBE).

Майкл Джеррет — профессор и председатель Школы общественного здравоохранения Филдинга Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.Он получил степень бакалавра наук об окружающей среде в Университете Трент, а также степень магистра и доктора наук в области политологии окружающей среды и географии, соответственно, в Университете Торонто. Он специализируется в области воздействия на здоровье человека, связанного с загрязнением воздуха, и включения продуктов спутниковых данных в оценки воздействия ТЧ.

Велько Йованович — старший член технического персонала и руководитель технической группы JPL, обладающий опытом геометрической калибровки и цифровой фотограмметрии.Он получил степень бакалавра инженерных наук в области геодезии в Белградском университете и степень магистра геоматики в Университете Пердью. Он возглавляет разработку системы научных данных MAIA, а также является заместителем руководителя проекта MISR.

Ольга В. Калашникова — научный сотрудник Лаборатории реактивного движения, в основном работает над приложениями теории рассеяния частиц и данными дистанционного зондирования для картирования свойств аэрозолей с использованием MISR и AirMSPI. Она получила степень бакалавра физики в Казахском государственном национальном университете и степень магистра физики и докторскую степень в области астрофизики, планетологии и атмосферы в Университете Колорадо в Боулдере.

Ян Лю — доцент Школы общественного здравоохранения Роллинза при Университете Эмори. Он получил степень бакалавра наук об окружающей среде и инженерии в Университете Цинхуа, степень магистра машиностроения в Калифорнийском университете и докторскую степень в области наук об окружающей среде и инженерии в Гарварде. Он разработал модели воздействия PM2,5, используя данные аэрозолей, полученные от MISR, MODIS и других спутниковых инструментов, и применил результаты к исследованиям воздействия на здоровье.

Алексей И. Ляпустин — научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Он получил степени бакалавра и магистра в МГУ, а также докторскую степень в Институте космических исследований, Москва, Россия. Он является экспертом в области дистанционного зондирования аэрозолей и двунаправленного отражения от поверхности земли от спутниковых датчиков, теории переноса излучения с газовым поглощением и поляризацией, а также является ведущим разработчиком алгоритма многоугловой реализации атмосферной коррекции (MAIAC).

Рэндалл В. Мартин — профессор, заведующий кафедрой передовых исследований Артура Б. Макдональда в Университете Далхаузи и научный сотрудник Смитсоновской астрофизической обсерватории. Он получил степень бакалавра инженерных наук в Корнелле, степень магистра наук об окружающей среде в Оксфорде, а также степень магистра и доктора технических наук в Гарварде. Он является главным исследователем Сети приземных частиц (SPARTAN) и руководит производством спутниковых PM2.5 оценок глобального бремени болезней.

Эбигейл Настан — системный инженер-программист в JPL, специализируется на разработке приложений, научных коммуникациях и работе с общественностью. Она получила степень магистра планетологии в Калифорнийском технологическом институте и степень бакалавра наук в области международных геолого-геофизических исследований в Университете Монтаны.

Барт Д. Остро в настоящее время работает эпидемиологом-экологом в Калифорнийском университете в Дэвисе.До этого он был начальником отдела эпидемиологии загрязнения воздуха Калифорнийского агентства по охране окружающей среды. Он получил сертификат штата Калифорния по экологической эпидемиологии и докторскую степень по экономике в Университете Брауна. Он принимал участие в установлении стандартов качества воздуха и проведении эпидемиологических исследований по всему миру.

Беате Ритц — профессор эпидемиологии в Школе общественного здравоохранения Филдинга при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, а также в области наук о здоровье окружающей среды и неврологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.Она получила степень доктора медицины и докторскую степень в области медицинской социологии в Гамбургском университете, а также степень магистра здравоохранения и докторскую степень по эпидемиологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Ее основные исследования сосредоточены на загрязнении воздуха, неблагоприятных исходах родов и здоровье детей.

Джоэл Шварц — профессор экологической эпидемиологии в T.H. Chan School of Public Health Гарвардского университета. Он получил докторскую степень в области теоретической физики в Университете Брандейс и докторскую степень в Базельском университете. Его исследования сосредоточены на воздействии загрязнения воздуха на здоровье, новых методологиях построения временных рядов и пересечения случаев, а также на разработке геопространственных моделей загрязнения воздуха с использованием спутниковых данных (MODIS и MISR).

Цзюнь Ван — профессор инженерного колледжа Университета Айовы. Он получил степень бакалавра в области динамики атмосферы в Нанкинском метеорологическом институте, степень магистра в области мезомасштабного моделирования в Институте физики атмосферы Китайской академии наук и докторскую степень в области атмосферных наук в Университете Алабамы-Хантсвилля. Он изучал качество воздуха PM с помощью комбинации спутниковых данных (включая MODIS и MISR), GEOS-Chem и WRF-Chem.

Фэн Сюй — научный сотрудник JPL, где он разрабатывал алгоритмы для определения свойств связанных аэрозолей и нижних границ и создавал их прототипы для MAIA с использованием данных MISR и AirMSPI. Он получил степень бакалавра в области теплотехники и степень магистра машиностроения в Шанхайском университете науки и технологий, а также докторскую степень по физике в Руанском университете.

Глубокое размножение микробов на границе базальтов в океанической коре возрастом 33,5–104 миллиона лет

Участки отбора проб

Образцы керна были собраны из базальтового фундамента на участках U1365, U1367 и U1368 в Южно-Тихоокеанском круговороте во время комплексного морского бурения Программа (IODP) Экспедиция 329 (с 9 октября по 13 декабря 2010 г .; дополнительный рис.1 и дополнительная таблица 1). Хотя данные о поверхностном тепловом потоке с участков U1365 и U1367 соответствовали ожидаемым для проводящей коры в отсутствие адвекции, данные с участка U1368 показали существенно низкий тепловой поток, что указывает на очевидные потери тепла и адвективную циркуляцию вышележащей морской воды в океанической коре ( Экспедиция 329 ученых, 2011г). Мощность осадочного покрова колебалась от 6 м до 71 м (дополнительная таблица 1). Молекулярный кислород (O ₂ ) и нитраты проникают через толщу отложений из вышележащей морской воды в базальтовый фундамент, поскольку скорость накопления отложений настолько низка, что обломочное органическое вещество в значительной степени окисляется на морском дне, а скорость диффузии O ₂ превышает скорость диффузии органических скорость окисления в более глубоко захороненных отложениях (дополнительный рис.1 и дополнительная таблица 1).

Бурение и петрологическое описание керна базальтов

Образцы базальта были получены с использованием системы отбора керна с вращающимся керном (RCB) из скважин U1365E, U1367F и U1368F. Хотя загрязнение керна RCB буровыми растворами на основе морской воды неизбежно, его степень можно тщательно контролировать. После каждого извлечения керна все секции керна немедленно перемещались с подиума в холодную камеру на трюмной палубе бурового исследовательского судна JOIDES Resolution.Перед отбором микробиологических проб визуально производилось предварительное описание петрологических характеристик. Прошло от 8 до 18 часов до последующего микробиологического отбора образцов горных пород в холодильной камере. Буровые растворы и морскую воду собирали на каждом участке и хранили при -80 ° C для анализа ДНК.

Минералогические и микробиологические характеристики шлифов базальтовых кернов

Для уточнения минерального состава и микробного распределения в трещинах горных пород были приготовлены шлифы в соответствии с протоколом, установленным для локализации эндосимбиотических клеток у хемосинтезирующих животных ³⁹ .Образцы керна с трещинами дважды дегидратировали в 100% этаноле в течение 5 минут, а образцы керна четыре раза пропитывали LR white (London Resin Co. Ltd., Олдермастон, Англия) в течение 30 минут и затвердевали в печи при 50 ° C. на 48 ч. Затвердевшие блоки разрезались на тонкие шлифы и полировались корундовым порошком и алмазной пастой. Для окрашивания микробных клеток, заключенных в LR white, на тонкие срезы наносили TE-буфер с SYBR Green I (TaKaRa). После инкубации в темноте в течение 5 минут тонкие срезы промывали деионизированной водой, закрепляли антифатическим реагентом VECTASHIELD (Vector Laboratories, Burlingame, CA, USA), а затем наблюдали с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (IX71 с системой FLUOVIEW 300; Olympus). или эпифлуоресцентный микроскоп (BX51; Olympus).Два диапазона флуоресценции от 540 нм до 570 нм и от 570 нм до 600 нм использовались, чтобы отличить микробные клетки от сигналов флуоресценции, специфичных для минералов.

Минеральные ассоциации и текстуры наблюдались с помощью оптического микроскопа (BX51; Olympus) и камеры с зарядовой связью (CCD) (DP71; Olympus). Тонкие срезы с углеродным покрытием были охарактеризованы с помощью сканирующего электронного микроскопа (S4500; Hitachi, Ibaraki, Japan) при ускоряющем напряжении 15 кВ. Получение изображений обратно-рассеянных электронов в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (EDS) использовалось для анализа химического состава минеральных фаз в соответствии с контрастами изображений.

Для анализа микробных клеток, обнаруженных в трещинах горных пород, с помощью наноразмерной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS) в Институте исследования образцов керна Кочи, JAMSTEC (NanoSIMS 50 L; CAMECA; AMETEK Co. Ltd., Женневилье, Франция), 3 мкм- толстые срезы были изготовлены с использованием методики пробоподготовки FIB с использованием прибора Hitachi FB-2100 (Hitachi) с системой микровыбора проб. Тонкий срез был локально покрыт слоем W (толщиной 100–500 нм) для защиты и обрезан пучком ионов Ga при ускоряющем напряжении 30 кВ.

Элементарные изображения C, O и N в виде CN, Si, P, S и FeO из образца тонкого среза FIB были получены с помощью ионного изображения с использованием ионного микрозонда NanoSIMS 50 L. Сфокусированный первичный ионный пучок Cs ⁺ ~ 1.0 пА (диаметр пучка 100 нм) был растрирован на образцах 12 × 12 мкм ² для U1365-12R2 и 16 × 16 мкм ² для U1365-8R4. Вторичные ионы ¹² C, ¹⁶ O, ¹² C ¹⁴ N ^— , ²⁸ Si ^— , ³¹ P ^— , ³² S ^— и ⁵⁴ Fe ¹⁶ O ^— были получены одновременно с множественным детектированием с использованием семи электронных умножителей с разрешающей способностью по массе ~ 4500.Каждый запуск запускался после стабилизации интенсивности вторичного ионного пучка после предварительного распыления в течение <~ 2 мин с относительно сильным током первичного ионного пучка (~ 20 пА). Каждый прогон визуализации многократно сканировался (20 раз) по одной и той же области с отдельными изображениями размером 256 × 256 пикселей. Время выдержки составляло 10000 мкс / пиксель для измерений, а общее время сбора данных составляло ~ 3 часа. Изображения были обработаны с использованием программного обеспечения NASA JSC для обработки изображений NanoSIMS, разработанного программой Interactive Data Language ⁴⁰ .

После анализа NanoSIMS 50 L срезы толщиной 3 мкм были дополнительно утонены до толщины 100 нм для исследования с использованием просвечивающего электронного микроскопа JEOL JEM-ARM200F (JEOL, Токио, Япония), работающего при ускоряющем напряжении 200 кВ на Кочинский институт исследования керна JAMSTEC. Рентгеновские элементные карты были получены с использованием EDS с кремниевым дрейфовым детектором ² диаметром 100 мм и программным обеспечением JEOL Analysis Station 3.8 (JEOL) в режиме сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM).Просвечивающий электронный микроскоп JEOL 2010, оборудованный EDS в Токийском университете, также использовался для получения спектров EDS из срезов толщиной 100 нм.

Контроль загрязнения

Для контроля загрязнения использовались флуоресцентные микросферы (диаметром 0,5 мкм). Этот подход не является количественным, но предоставляет доказательства наличия причастного загрязнения даже во внутренних структурах базальтовых образцов (например, микротрещинах и прожилках). На первом этапе мешок с флуоресцентными микросферами помещали на улавливатель керна каждого керна, и после извлечения керна и отбора проб все микробиологические образцы проверяли на наличие микросфер.

Процедуры, связанные с оценкой и уменьшением загрязнения бурового раствора, схематически проиллюстрированы на дополнительном рисунке 1. Загрязнение первоначально исследовалось на необработанной поверхности путем удаления небольших кусков породы с помощью стерилизованного пламенем молотка и долота. Удаленную поверхность породы замачивали в 25 мл 3% раствора NaCl, и микросферы, суспендированные в растворе NaCl, собирали в центрифужной пробирке на 50 мл. Эта процедура необходима для подтверждения воздействия микросфер на керны во время бурения.Поверхность породы дважды промывали 25 мл 3% -ного раствора NaCl в стерильном пластиковом пакете. Небольшие кусочки вымытой наружной поверхности удаляли стерилизованным пламенем молотком и долотом, а промывные растворы собирали в центрифужной пробирке на 50 мл. После этапа промывки поверхность горной породы постоянно обжигали пропановой горелкой (то есть, при постоянном времени воздействия и расстоянии между пламенем и поверхностью ядра). Обожженная порода была взломана с помощью стерилизованного пламенем молотка и долота, и небольшие части изнутри и снаружи были отдельно пропитаны 25 мл 3% раствора NaCl с последующим объединением растворов в центрифужную пробирку объемом 50 мл.Для подсчета микросфер 3 мл аликвот фильтровали с использованием 25-миллиметровых черных поликарбонатных фильтров (размер пор 0,22 мкм) и исследовали под эпифлуоресценцией с помощью микроскопа Olympus BX51 (Olympus, Токио, Япония). Минимальный предел обнаружения был определен как ~ 100 микросфер / см ³ породы на основе среднего значения ± стандартное отклонение (SD) пяти повторных измерений холостого счета ( n = 5).

Анализ состава сообщества

Прокариотическая ДНК была выделена из 0.1 г порошкового внутреннего ядра ⁴¹ , замороженного при -80 ° C для хранения. Буровые растворы, собранные на каждой буровой площадке и хранящиеся при -80 ° C, также были подвергнуты экстракции ДНК. В 300 мкл щелочного раствора (pH 13,5; 75 мкл 0,5 N NaOH и 75 мкл буфера TE) порошкообразные образцы керна инкубировали при 65 ° C в течение 30 минут, а затем аликвоты центрифугировали при 5000 × 9 · 1082 г для 30 с. После центрифугирования супернатант переносили в новую пробирку и нейтрализовали добавлением 150 мкл 1 М трис-HCl (pH 6.5). ДНК-несущий раствор (pH 7,0–7,5) концентрировали с помощью осаждения холодным этанолом, осадок ДНК растворяли в 50 мкл буфера ТЕ и хранили при -4 ° C или -20 ° C для более длительного хранения. Экстракцию ДНК из подвыборок проводили параллельно с одним отрицательным контролем экстракции, к которому не добавляли образец. Отрицательный контроль также подвергали пиросеквенированию.

Область гена 16S рРНК длиной 378 п.н. амплифицировали с использованием праймеров Uni530F и Uni907R для пиросеквенирования с использованием секвенатора GS FLX System ⁴² (Roche Applied Science, Penzberg, Германия).Праймеры были расширены последовательностями адаптера (Uni530F: CCATCTCATCCCTGCGTGTCTCCGACTCAG; и Uni907: CCTATCCCCTGTGTGCCTTGGCAGTCTCAG). Прямой праймер Uni530 был закодирован штрих-кодом с 8-мерными олигонуклеотидами для получения последовательностей из множества образцов за один цикл ⁴³ . Термический цикл был выполнен с 30 циклами денатурации при 95 ° C в течение 30 с, отжига при 54 ° C в течение 30 с и удлинения при 74 ° C в течение 30 с. Ампликон ожидаемого размера с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) вырезали из 1.5% гели агарозы после электрофореза и очистки с использованием набора для экстракции гелей MinElute (Qiagen, Валенсия, Калифорния, США). Концентрации ДНК очищенных ампликонов ПЦР измеряли с помощью флуорометра Qubit с набором для анализа дцДНК HS Quant-iT (Invitrogen, Карлсбад, Калифорния, США). Концентрацию общей дцДНК в каждом образце доводили до 5 нг / мкл. ПЦР эмульсии выполняли с использованием набора GS FLX Titanium emPCR Lib-L (Roche Applied Science) для обогащения гранул библиотеки ДНК для секвенатора системы GS FLX.Амплифицированные фрагменты ДНК секвенировали в соответствии с инструкциями производителя (Roche Applied Science).

Необработанные чтения были демультиплексированы, обрезаны и отфильтрованы на основе их 8-битных последовательностей тегов, специфичных для выборки, а значения качества и длины были назначены с помощью команды clsplitseq в программе MOTHUR ⁴⁴ . Отфильтрованные последовательности были удалены на основе кластеризации последовательностей, и, возможно, химерные последовательности были обнаружены и удалены с помощью программы MOTHUR. Отобранные считывания были согласованы с использованием эталонного набора данных Greengenes или базы данных SILVA 128 и алгоритма Нидлмана-Вунша в программе MOTHUR.Чтобы отнести последовательности к филотипам в качестве операционных таксономических единиц (OTU), был использован алгоритм кластеризации соседей с использованием программы MOTHUR с отсечкой сходства последовательностей 97%. Используя «веганский» пакет в R ⁴⁵ , неметрические графики многомерного масштабирования были получены для филотипов, сгруппированных с 97% сходством. Кроме того, кластеризация и анализ тепловых карт микробных сообществ были проанализированы с использованием «веганского» пакета в R ⁴⁵ . Филогенетическая принадлежность филотипов была проанализирована вместе с близкородственными последовательностями, полученными из GenBank (http: // www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) посредством поиска BLASTn (несколько похожих последовательностей) с использованием метода объединения соседей в программном пакете ARB ⁴⁶ . Алгоритм быстрой начальной загрузки (500 копий начальной загрузки) в программном пакете ARB был затем использован для оценки шаблонов ветвления в деревьях соединения соседей.

μ-Рамановская спектроскопия

Рамановские спектры минералов, заполняющих трещины, были получены с использованием 50-сантиметрового одиночного полихроматорного спектрографа для визуализации изображений (Bruker Optics, Осака, Япония), который был оснащен оптическим микроскопом (BX51; Olympus), Ar ⁺ лазер (514.5 нм, 5500 А; International Light Technologies, Пибоди, Массачусетс, США) и камеру CCD (1024 × 256 пикселей; DU401A-BR-DD; Andor Technology, Белфаст, Ирландия). Падающий лазер работал на 20 мВт, а пространственное разрешение составляло ~ 1 мкм. Для удаления линии Рэлея использовался обрезной фильтр. Рамановские линии нафталина при 513,6 см ⁻¹ , 763,5 см ⁻¹ , 1021,3 см ⁻¹ , 1147,3 см ⁻¹ , 1382,3 см ⁻¹ , 1464,3 см ⁻¹ и 1576,3 см ^-1 использовались для калибровки рамановского сдвига.Аналитическая неопределенность обычно составляла ~ 1 см ^-1 . Для анализа железосодержащих фаз был вставлен недисперсионный фильтр, снижающий интенсивность лазерного луча на ~ 10%, чтобы избежать индуцированного лучом превращения гетита в гематит.

Характеристики органического углерода глинистых фракций базальтовых кернов

Части кернов горных пород, исследованные, как описано выше, были измельчены в порошок с помощью ступки и пестика. Фракции размером с глину в порошкообразных образцах суспендировали в дистиллированной и деионизированной воде, центрифугировали при 3000 об / мин в течение 5 мин, а затем собирали супернатант.Затем глинистую фракцию собирали из надосадочной жидкости центрифугированием при 10000 об / мин в течение 10 минут и сушили при 50 ° C, а затем подвергали анализу органического углерода. Гранулы KBr, изготовленные из глинистых фракций, анализировали с помощью спектрометрии с преобразованием Фурье в инфракрасных лучах (FT-IR) (Perkin Elmer Spectrum 2000, Tokyo, Japan) для выяснения липидов в существующих микроорганизмах. Таблетки в камере для образцов, заполненной газом N ₂ , анализировались инфракрасными лучами через светоделитель KBr с детектором MCT.Репрезентативные ИК-Фурье спектры получали путем усреднения 100 индивидуальных спектров. Содержание органического углерода в глинистых фракциях измеряли с помощью масс-спектрометра (Thermo Electron DELTAplus Advantage; Thermo Fisher Scientific Inc., Уолтем, Массачусетс), подключенного к элементному анализатору (EA1112, Thermo Electron DELTAplus Advantage) через интерфейс Conflo III. Глинистые фракции нагревали при 100 ° C в 3% HCl для удаления карбонатных минералов, дважды промывали дистиллированной деионизированной водой и сушили.

Краткое изложение отчета

Дополнительная информация о дизайне исследования доступна в Резюме отчета об исследовании природы, связанном с этой статьей.

Регулирование воспаления антиоксидантной гемоксигеназой 1

Справочник по устройству Stratix, тома 1 и 2

% PDF-1.3 % 1 0 объект > эндобдж 2 0 obj >>> эндобдж 3 0 obj > поток Acrobat Distiller 7.0 (Windows) июль 2005 г. «Руководство по устройству Stratix, том 1, том 2, архитектура, конфигурация и тестирование, характеристики, справочная информация и информация для заказа, память, ввод-вывод, DSP, stratix, устройство stratix, trimatrixFrameMaker 7.02006-06-01T14: 04: 31-07: 002006-01-24T10: 20: 16Z2006-06-01T14: 04: 31-07: 00application / pdf Справочник по устройству Stratix

Пограничное расстройство личности и детские травмы: изучение пораженные биологические системы и механизмы | BMC Psychiatry

Нейробиологические механизмы, участвующие в БЛД

БЛД и ось гипоталамо-гипофиз-надпочечники

Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось (HPA) является одной из нейроэндокринных систем, которые опосредуют реакцию организм подвергается стрессу. Хотя механизм стрессовой реакции предназначен для поддержания стабильности или гомеостаза, его длительная активация в результате воздействия хронического стресса может иметь пагубные последствия для организма, повышая риск развития различных видов заболеваний, в том числе психические расстройства, связанные со стрессом.

В стрессовых условиях кортикотропин-рилизинг-фактор (CRF) и аргинин-вазопрессин (AVP) высвобождаются из паравентрикулярного ядра (PVN), расположенного в гипоталамусе. Эти пептиды проходят через портальную систему гипофиза и действуют синергетически, стимулируя высвобождение адренокортикотропного гормона (АКТГ) из кортикотрофных клеток. Затем АКТГ транспортируется по системному кровообращению и связывается с рецепторами в коре надпочечников надпочечника, что приводит к биосинтезу и высвобождению кортизола [19].Кортизол может влиять на несколько органов и биологические процессы, такие как метаболизм, рост, воспаление, сердечно-сосудистую функцию, когнитивные функции и поведение [20, 21], связываясь со специфическими рецепторами в организме и в нескольких областях мозга, таких как гипоталамус, передняя доля гипофиза. и медиальная префронтальная кора. Центральные и периферические эффекты кортизола опосредуются двумя подтипами внутриклеточных глюкокортикоидных рецепторов: высокоаффинным рецептором типа I или рецептором минеральных кортикоидов (MR) и рецептором низкоаффинного типа или рецептором глюкокортикоидов (GR).Было высказано предположение, что MR имеют высокое сродство как к кортизолу, так и к альдостерону; они связывают кортизол, когда он обнаруживается в низких концентрациях. GR имеют относительно низкое сродство к кортизолу, но высокое сродство к дексаметазону (DEX) [22]; кроме того, они связывают кортизол в высокой концентрации, отражая то, что происходит в стрессовых условиях.

Ось HPA регулируется саморегулирующим механизмом, опосредованным самим кортизолом, который имеет решающее значение для поддержания гомеостатических функций оси HPA.Действительно, когда уровни кортизола повышаются, как в ответ на стресс, MR насыщаются, и, следовательно, кортизол связывает GR, способствуя каскаду событий, которые представляют основные сигналы трансдукции глюкокортикоидов в стрессовых условиях.

До сих пор активность оси HPA широко исследовалась в контексте переживаний детских травм, и результаты подтверждают изменения оси HPA у субъектов, подвергшихся стрессу в раннем возрасте. Действительно, в нескольких исследованиях сообщалось об изменениях циркадных ритмов и уровней кортизола, что указывает на дерегуляцию чувствительности оси HPA из-за травм в детстве при стрессовых условиях [23,24,25].

Несмотря на большой объем данных о функциональности оси HPA как следствие воздействия стресса в раннем возрасте, лишь в нескольких исследованиях изучались возможные изменения этой оси у пациентов с ПРЛ. Например, у пациентов с БЛД был обнаружен более высокий уровень кортизола в моче по сравнению с контрольной группой [26, 27].

Саутвик и его коллеги [26] обнаружили более высокие уровни кортизола в суточной моче у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством по сравнению с пациентами с посттравматическим стрессовым расстройством и сопутствующей патологией ПРЛ, предполагая, что эти изменения могут отражать различия в тяжести симптомов посттравматического стрессового расстройства, а не факторы, связанные с ПРЛ как таковые.

В другом исследовании [27] изучали уровни свободного кортизола в моче в течение ночи, показав более высокие уровни кортизола у пациентов с БЛД, чем в контрольной группе. Также наблюдалась отрицательная связь между кортизолом и симптомами посттравматического стресса. Более того, когда пациенты с ПРЛ были разделены в зависимости от наличия большого или низкого количества симптомов посттравматического стрессового расстройства, очень высокие уровни кортизола были обнаружены только у пациентов с ПРЛ с низким количеством симптомов посттравматического стрессового расстройства. Ринне с соавторами [28] обнаружили преувеличенную реакцию АКТГ и кортизола во время теста DEX / CRH в крови женщин-испытуемых с ПРЛ, переживших жестокое обращение в детстве.Карвалью Фернандо и его коллеги [29] исследовали влияние введения кортизола на подавление реакции на эмоциональные стимулы у пациентов с ПРЛ по сравнению с контрольной группой. Они обнаружили, что резкое повышение уровня кортизола уменьшало время реакции на целевые стимулы как у пациентов с ПРЛ, так и у контрольной группы, но они не различались по выполнению заданий.

Также исследования генетических ассоциаций подтверждают изменения в функциональности оси HPA в связи с воздействием детских травм. Мартин-Бланко с соавторами [30] исследовали вклад генетических вариантов в генах по оси HPA, также в контексте воздействия детских травм, в выборке пациентов с ПРЛ и контрольной группы.Авторы выполнили исследование случай-контроль, сосредоточив внимание на 47 SNP в 10 генах оси HPA. Данные показали связь между полиморфными вариантами в генах связывающего белка 5 FK506 (FKBP5) и рецептора высвобождающего гормона кортикотропина (CRHR) с диагнозом БЛД. В частности, два полиморфизма FKBP5, rs4713902 и rs79, показали значительную связь с БЛД. Более сильные ассоциации были обнаружены у пациентов, перенесших травму в детстве, где аллели риска двух других полиморфизмов FKBP5, rs3798347-T и rs103-A, чаще были представлены у пациентов с физическим насилием и эмоциональным пренебрежением в детстве, чем у пациентов, которые никогда не сталкивались с этим. испытали эти травмы и контроль.

Все эти результаты предполагают связь между нарушением регуляции функции оси HPA и детской травмой и подчеркивают участие этой биологической системы в развитии ПРЛ.

BPD и нейротрансмиссия

В дополнение к наличию дисфункции оси HPA, несколько исследований также предположили, что детская травма может влиять на глутаматергическую, серотонинергическую, дофаминергическую и норадренергическую передачу, предполагая, что BPD является результатом изменений в нескольких взаимодействующих системах нейротрансмиттеров [ 31, 32].

Глутаматергическая нейротрансмиссия и нейротрансмиссия N-метил-D-аспартата (NMDA) играют решающую роль в развитии нервной системы, синаптической пластичности, обучении и памяти [33, 34], и изменения во всех этих процессах также влияют на уязвимость и патофизиологию БЛД. [35]. Например, нейровизуализационные исследования у пациентов с ПРЛ по сравнению с контрольной последовательно продемонстрировали наличие пониженной плотности и объема синапсов в нескольких областях мозга, участвующих в пространственной или автобиографической памяти и в модуляции бдительности и негативных эмоциональных состояний, таких как гиппокамп и миндалевидное тело. которые также обогащены рецепторами NMDA [36] (см. также параграф «Исследования ПРЛ и нейровизуализации»).Более того, было обнаружено, что ранний хронический стресс и плохое обращение, пережитые в течение жизни пациентами с ПРЛ, способны влиять на ветвление дендритов, тем самым способствуя развитию морфологических изменений, связанных с симптомами ПРЛ [37, 38].

Ген транспортера серотонина (5-HTTLPR) и связанная с ним передача сигналов при нейротрансмиссии представляют собой другую систему, участвующую в патогенезе БЛД [39,40,41,42]. В частности, в нескольких исследованиях широко сообщалось, что функциональный однонуклеотидный полиморфизм (SNP) в этом гене (5-HTTLPR S / L SNP) является модулятором стрессовых событий в раннем возрасте [43,44,45]; Интересно, что это также было связано с симптомами ПРЛ [42, 46].Например, Вагнер с соавторами [42] исследовали влияние 5-HTTLPR S / L SNP и стрессовых событий в раннем периоде жизни на импульсивность, оцениваемую по шкале импульсивности Барратта (BIS), у пациентов с ПРЛ. Авторы сообщили о связи между наличием стрессовых событий и более низкими показателями импульсивности BIS, предполагая, что субъекты, пережившие травму, в частности сексуальное насилие, могут проявлять сниженную импульсивность в результате активации механизмов совладания с поведением и социальным взаимодействием. .Дальнейший анализ, проведенный теми же авторами, показал, что носители S-аллеля показали более высокие баллы импульсивности при воздействии стрессовых событий в раннем возрасте по сравнению с LL-омозиготами, что позволяет предположить, что пациенты с S-аллелем 5-HTTLPR более уязвимы к стрессу в раннем возрасте. Эти данные подчеркивают вклад серотонинергической системы в импульсивность при ПРЛ [42].

Другой ген, предположительно являющийся генетическим фактором риска БЛД, представлен катехол-О-метилтрансферазой (СОМТ), ферментом, катализирующим деградацию катехоламинов, включая нейротрансмиттеры дофамин, адреналин и норадреналин; однако литературные данные о роли этого гена противоречивы.В первом исследовании, проведенном Вагнером и соавторами [47], было обнаружено, что SNP COMT Val ¹⁵⁸ Met ассоциирован со стрессовыми событиями в раннем возрасте и импульсивной агрессией, по оценке по сумме баллов Buss-Durkee-Hostility Inventory (BDHI), в пациентки с БЛД. В частности, авторы определили, что у носителей COMT Val ¹⁵⁸ Val, но не у носителей Val / Met и Met / Met, сексуальное насилие в детстве и совокупное количество стрессовых событий были связаны с более низкими показателями импульсной агрессии BDHI.Однако в другом исследовании, проведенном теми же авторами, влияние SNP COMT Val ¹⁵⁸ Met на связь между стрессовыми жизненными событиями и импульсивностью не подтвердилось [48], вероятно, из-за небольшого размера выборки. Те же авторы [49] также исследовали в группе пациентов с БЛД и контрольной группе роль (i) SNP COMT Val ¹⁵⁸ Met, (ii) варианта 5-HTTLPR S / L и (iii) их взаимодействия. как факторы генетической уязвимости для ПРЛ. Данные показали, что генотип COMT Met ¹⁵⁸ Met был чрезмерно представлен у пациентов с БЛД, чем в контрольной группе, тогда как не сообщалось о различиях в генотипе 5-HTTLPR между БЛД и контрольной группой.Кроме того, генотип COMT Met ¹⁵⁸ Met был значительно перепредставлен у пациентов с БЛД, несущих хотя бы один S-аллель 5-HTTLPR и, что интересно, взаимодействие между COMT Met ¹⁵⁸ и S-аллелем 5-HTTLPR. также наблюдалось. Эти результаты предполагают интерактивный эффект вариантов генов COMT и 5-HTTLPR на уязвимость к развитию БЛД и, по мнению авторов, еще раз подчеркивают ключевую роль серотонинергической и дофаминергической систем в патогенезе БЛД.

Martin-Blanco и его сотрудники [50] исследовали возможное участие норадренергической системы в патогенезе BDP, оценивая генетические варианты в 4 норадренергических генах. В дополнение к COMT, авторы выбрали дофамин-бета-гидроксилазу (DBH), которая преобразует дофамин в норадреналин, Solute Carrier Family 6 Member 2 (SLC6A2), переносчик, ответственный за обратный захват внеклеточных нейротрансмиттеров, и адренорецептор бета 2 (ADRB2). , который опосредует катехоламин-индуцированную активацию аденилатциклазы за счет действия G-белков.Результаты авторов показали, что только генетические варианты в пределах 3 генов (COMT, DBH и SLC6A2) были связаны с повышенным риском развития БЛД.

Эти исследования, вместе взятые, показывают, что изменения в нескольких системах нейромедиаторов могут быть вовлечены в патогенез БЛД; однако из-за небольшого количества доступных исследований необходимы дальнейшие исследования.

БЛД и эндогенная опиоидная система

Согласно теории Банделоу и Шмаль, снижение чувствительности опиоидных рецепторов или доступность эндогенных опиоидов может составлять часть патофизиологии, лежащей в основе БЛД [51].

Эндогенные опиоиды в основном включают три класса (эндорфины, энкефалины и динорфины), которые активируют три типа рецепторов, связанных с G-белком (μ, δ и κ опиоидные рецепторы [52]). Одним из наиболее важных эндогенных опиоидов является β-эндорфин, который частично синтезируется в дугообразном ядре гипоталамуса и попадает в кровь, спинной мозг и в различные области мозга, включая области, связанные с вознаграждением [53]. β-эндорфин активируется различными стрессовыми факторами [54] и вызывает эйфорию и анальгетический эффект (например, во время родов и во время положительных переживаний [55]).

μ-опиоидные рецепторы, по-видимому, более важны для социальной и аффективной регуляции, связанной с ПРЛ, предполагая, что эта система может способствовать межличностной уязвимости и внутриличностной боли при ПРЛ. Эти рецепторы широко распространены по всей центральной нервной системе (ЦНС) человека, с определенной плотностью в базальных ганглиях, корковых структурах, ядрах таламуса, спинном мозге и определенных ядрах ствола мозга [56].

Эндогенная опиоидная система модулирует реакции на острые и хронические стрессовые и вредные раздражители, вызывающие физическую, эмоциональную или социальную боль.В моделях на животных эндогенная опиоидная система участвует в аффилиативных реакциях, регуляции эмоций и стресса, включая вызванное стрессом обезболивание и импульсивное поведение [57]. Используя парадигму разделения матери и ребенка у макак-резусов, Калин с сотрудниками [57] впервые изучили роль опиоидной системы в модулировании поведенческих и нейроэндокринных последствий кратковременного стрессора. Авторы провели несколько экспериментов, в которых животные получали морфин, опиоидный агонист, налоксон, антагонист опиоидов или и то, и другое, чтобы проверить усиление вокализации и активацию оси HPA у новорожденных приматов, разлученных со своими матерями или нет.Результаты показали, что морфин значительно снижал вокализацию и локомоцию, вызванные разделением, не влияя на уровни активности, тогда как налоксон увеличивал вокализации, вызванные разделением, и исследования окружающей среды. При совместном введении двух препаратов действие морфина отменялось только при дозе налоксона 0,1 мг / кг. Авторы также оценили влияние разделения на нейроэндокринную функцию и проверили, может ли активация опиоидной системы ослабить эти эффекты, путем измерения концентраций АКТГ и кортизола в плазме у детенышей макак-резусов, разлученных или не разлученных со своими матерями, получавших морфин, налоксон или другие препараты. — лечится двумя препаратами.Уровни АКТГ и кортизола в плазме были выше у детенышей макак-резусов, разлученных со своими матерями, по сравнению с неразделенными, что подтверждает участие оси HPA во время стрессового воздействия. Однако только уровни АКТГ в плазме модулировались морфином и налоксоном и их взаимодействием в группе младенцев, разделенных их матерями. Эти данные свидетельствуют о том, что эндогенная опиоидная система участвует в обеспечении вокализации, вызванной разделением, и влияет на активацию оси HPA после стрессового состояния.

У людей активация региональной эндогенной опиоидной системы была связана с подавлением как сенсорных, так и аффективных качеств стрессоров, а также с импульсивностью признаков [58,59,60], тогда как ее региональная деактивация была связана с гипералгезическими реакциями и усилением негативного аффекта во время стресс [61]. Гипотеза состоит в том, что активация μ-опиоидных рецепторов может иметь подавляющий эффект во время эмоциональных или физических проблем, угрожающих гомеостазу организма.

Исследования описали региональные изменения функции эндогенной опиоидной системы и μ-опиоидных рецепторов в областях мозга, участвующих в обработке эмоций и стресса, принятии решений, а также регуляции боли и нейроэндокринной системы.Однако на сегодняшний день имеется лишь ограниченное количество данных об изменениях уровней эндогенных опиоидов у пациентов с ПРЛ. В интересном исследовании Prossin и соавторы [61] исследовали роль эндогенной опиоидной системы и μ-опиоидных рецепторов в регуляции эмоций у женщин с ПРЛ, не получавших лекарств, по сравнению с женщинами контрольной группы, используя позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) (см. Параграф «ПРЛ»). и нейровизуализационные исследования »для деталей).

Сравнивая пациентов с БЛД и их контрольную группу, авторы обнаружили значительные различия в исходных региональных концентрациях μ-опиоидных рецепторов in vivo, а также в реакции этой нейромедиаторной системы на отрицательный эмоциональный вызов, который может быть связан с некоторыми клиническими характеристиками БЛД.

Исследования ПРЛ и нейровизуализации

Объемные изменения в областях мозга, участвующих в реакции на стресс

На сегодняшний день у пациентов с ПРЛ было проведено несколько функциональных и структурных исследований нейровизуализации in vivo, в ходе которых были обнаружены изменения, локализованные в основном в лимбической цепи и в лобной коре. Эти области связаны с отличительными клиническими признаками расстройства (т.е. импульсивностью, агрессией и эмоциональной реактивностью). Наиболее воспроизводимый результат, подтвержденный в недавних метаанализах [37, 62, 63], представлен уменьшением объемов гиппокампа и миндалины у пациентов с БЛД по сравнению с контрольной группой [36, 64, 65, 66, 67, 68,69].Надежность этого открытия, по-видимому, предполагает, что уменьшение объема в этих двух областях мозга может быть специфическим для ПРЛ и, таким образом, полезно в качестве возможных эндофенотипов болезни. В 2000 году Дриссен с соавторами [36] выполнили первое объемное измерение гиппокампа, миндалины, височных долей и переднего мозга с помощью магнитно-резонансной томографии у 21 пациентки с ПРЛ и женщин контрольной группы, сообщив у пациентов с ПРЛ об уменьшении объема гиппокампа на 16%. и 8% в миндалине.Более того, объемы гиппокампа отрицательно коррелировали со степенью и продолжительностью ранней травмы, о которой сообщали сами пациенты, но только во всей выборке пациентов с БЛД и контрольной группы.

Роль посттравматического стрессового расстройства и травмы как сопутствующей патологии с ПРЛ на объемах гиппокампа и миндалины была объектом исследования, но результаты все еще остаются спорными. Schmahl и его коллеги [38] сравнили две группы женщин-пациенток с ПРЛ, не принимавших лекарственные препараты, с сопутствующим посттравматическим стрессовым расстройством и без него, и 25 женщин контрольной группы. Они обнаружили снижение объемов гиппокампа только у пациентов с ПРЛ и сопутствующим посттравматическим стрессовым расстройством, но не у пациентов с ПРЛ без посттравматического стрессового расстройства в анамнезе по сравнению с контрольной группой.Аналогичным образом Kreisel и соавторы [70] детально исследовали структурные объемы гиппокампа, сравнивая 39 пациентов с БЛД с 39 подобранными контрольными группами, и, хотя не было обнаружено различий в объеме между двумя группами, пациенты с пожизненным анамнезом ПТСР имели меньший объем гиппокампа ( −10,5%), чем у пациентов без коморбидного посттравматического стрессового расстройства. Боен с соавторами [71] исследовали объемы Cornu Ammonis (CA) и Dentate Gyrus (DG), двух структур гиппокампа, склонных к морфологическим изменениям [72] в ответ на неблагоприятные изменения окружающей среды в группе из 18 женщин с ПРЛ и 21 контролирует.Авторы обнаружили, что уязвимые к стрессу подполя DG-CA4 и CA2–3 были значительно меньше у пациентов с БЛД, чем в контрольной группе. Однако они не выявили какой-либо значительной связи между объемами подполей и зарегистрированной детской травмой.

В другом интересном исследовании Kuhlmann с соавторами [73] изучали изменения в сером веществе центральных структур, регулирующих стресс, включая гиппокамп, миндалину, переднюю поясную кору и гипоталамус, у пациенток с ПРЛ и контрольной группы.Авторы также исследовали, был ли объем серого вещества этих четырех структур мозга связан с детской травмой, сообщая, что у пациентов с ПРЛ объем гиппокампа был ниже, чем у здоровых людей в контрольной группе, но более высокий объем в гипоталамусе. Интересно, что объем гипоталамуса положительно коррелировал с историей травм у пациентов с ПРЛ.

Два недавних метаанализа [37, 63] оценили, может ли величина уменьшения объема гиппокампа и миндалины быть связана с факторами состояния болезни и психическими расстройствами (т.е.е. ПТСР), который часто сочетается с ПРЛ. В метаанализ Родригеса авторы включили 7 статей с общим числом 124 пациентов и 147 контрольных. Они показали, что как левая, так и правая стороны объема гиппокампа были уменьшены у пациентов с ПРЛ с посттравматическим стрессовым расстройством по сравнению с контрольной группой. Объем левого гиппокампа не был значительно меньше у пациентов с ПРЛ без посттравматического стрессового расстройства по сравнению со здоровым контролем, а объем правого гиппокампа был уменьшен у пациентов с ПРЛ без сопутствующего посттравматического стрессового расстройства, но в меньшей степени, чем у пациентов с ПРЛ с посттравматическим стрессовым расстройством.Напротив, результаты, представленные метаанализом Руокко [37], который включал 11 исследований с общим числом 205 пациентов с БЛД и 222 контрольных, показали, что двустороннее уменьшение объема миндалины и гиппокампа не связано с сопутствующим большим депрессивным расстройством (БДР). , Посттравматическое стрессовое расстройство или расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ.

В совокупности все эти исследования показывают, что основные области мозга, участвующие в ПРЛ, связаны со стрессом, и подчеркивают важность классификации подгрупп пациентов с ПРЛ, особенно с учетом наличия коморбидности с посттравматическим стрессовым расстройством или детского анамнеза. травма.Тем не менее, связь между уменьшением объема и степенью, в которой детская травма может быть причиной этих изменений, остается неясной.

Изменения эндогенной опиодной системы в областях мозга, участвующих в реакции на стресс

Несмотря на большое количество данных, относящихся к объемным и морфологическим изменениям в областях мозга, связанных с конкретными клиническими особенностями ПРЛ, было проведено не так много нейровизуализационных исследований для изучения роли эндогенная опиоидная система при ПРЛ.Как упоминалось ранее, Prossin и соавторы [61] измерили in vivo доступность μ-опиоидных рецепторов (потенциал несмещаемого связывания (BPND)) в группе пациентов с ПРЛ, не получавших лекарств, по сравнению с женщинами контрольной группы с помощью ПЭТ и селективный радиоактивный индикатор [11C] карфентанил на исходном уровне и во время устойчивых состояний печали. Пациенты имели более высокий региональный μ-опиоидный BPND, чем контрольная группа на исходном уровне (нейтральное состояние) в левом прилежащем ядре, гипоталамусе и правом гиппокампе / парагиппокампе по сравнению с субъектами сравнения, что свидетельствует об активации эндогенной опиоидной системы.Как предполагают авторы, различия между пациентами с ПРЛ и контрольной группой в исходных концентрациях µ-опиоидных рецепторов in vivo и в ответе эндогенной опиоидной системы на отрицательный эмоциональный вызов могут быть связаны с некоторыми клиническими характеристиками пациентов с ПРЛ. Эти результаты показывают изменения в функции эндогенной опиоидной системы и μ-опиоидных рецепторов в областях мозга, участвующих в обработке эмоций и стресса, принятии решений, а также регуляции боли и нейроэндокринной системы, которые также связаны с ПРЛ.

ПРЛ и эпигенетические механизмы

Было высказано предположение, что влияние факторов окружающей среды, таких как детская травма, происходит через эпигенетические механизмы, которые могут лежать в основе уязвимости, связанной с генами и окружающей средой, для развития связанных со стрессом расстройств [74], включая ПРЛ при детской травме. анамнез встречается у большинства пациентов (от 30 до 90%) [7, 9].

Среди наиболее изученных эпигенетических механизмов можно выделить: (i) метилирование ДНК, которое происходит в динуклеотидах CG (CpG) и может влиять на пространственную структуру ДНК и связывание или репрессию конкретных ДНК-связывающих белков с ДНК [ 75], (ii) модификации гистонов, которые влияют на конденсацию ДНК вокруг гистоновых белков и регулируют доступность функциональных областей для факторов транскрипции [76] и (iii) посттранскрипционную регуляцию некодирующими РНК, такими как микроРНК (miRNAs). ) [77].

Все эти эпигенетические процессы и, в частности, изменения метилирования ДНК широко исследовались в контексте долгосрочных негативных эффектов стрессовых событий в раннем возрасте. У нечеловеческих приматов и у грызунов несколько парадигм стресса в раннем возрасте, включая разлучение с матерью или пренатальный стресс, были связаны с эпигенетическими изменениями через метилирование ДНК [78, 79]. Например, самки, не подвергавшиеся стрессу во время беременности, показали повышенную частоту облизывания и ухода за шерстью в первую неделю жизни щенков, что было связано с изменениями метилирования ДНК в промоторе генов, таких как ген глюкокортикоидного рецептора (NR3C1), известный как участвовать в поведении и развитии нервной системы.

Гипотеза состоит в том, что качество материнской помощи, пострадавшее от стресса или депрессии во время беременности и в послеродовой период [80, 81], может повлиять через эпигенетические механизмы на экспрессию генов и поведенческие черты, которые сохраняются на протяжении всей жизни [78].

Недавно McGowan и его коллеги [79] исследовали метилирование ДНК, ацетилирование гистонов и экспрессию генов в области 7 миллионов пар оснований хромосомы 18, содержащей ген NR3C1, в гиппокампе потомства взрослых крыс, матери которых различались по частоте материнской заботы. .Авторы обнаружили, что у взрослого потомства с высоким уровнем материнской заботы по сравнению с низким уровнем материнской заботы был выявлен ряд областей, охватывающих ген NR3C1, которые были дифференциально метилированы и ацетилированы, что подчеркивает идею о том, что эпигенетические изменения в контексте стресса в раннем возрасте включают изменения в генах. сети, а не в одном или нескольких генах.

Аналогичным образом, исследования на людях показали результаты, аналогичные результатам, обнаруженным на грызунах, включая повышенные уровни метилирования в промоторной области NR3C1 у субъектов, которые сообщили о нежелательных явлениях в раннем возрасте в анамнезе [82,83,84].Например, в другом интересном исследовании McGowan и соавторы [82] обнаружили, что у людей уровни метилирования цитозина промотора NR3C1 были значительно увеличены в посмертном гиппокампе, полученном от жертв самоубийства, подвергавшихся жестокому обращению в детстве, по сравнению с уровнями от жертв самоубийства. без жестокого обращения в детстве или с контрольными образцами. Также были выявлены пониженные уровни мРНК NR3C1, что свидетельствует о влиянии жестокого обращения в детстве на статус метилирования NR3C1 и экспрессию генов независимо от суицида.

Несколько эпигенетических исследований было также проведено с участием контрольных субъектов, у которых в анамнезе была детская травма, по сравнению с теми, у кого не было детской травмы. В этом контексте Suderman и его коллеги [85] продемонстрировали, используя подход метилирования промоторной ДНК по всему геному, связанное со злоупотреблением гиперметилирование в 31 miRNAs в выборке контрольных взрослых мужчин, подвергшихся жестокому обращению в детстве. Состояние гиперметилирования для 6 из этих miRNAs согласуется со статусом гипометилирования их генов-мишеней.

Пониженные уровни метилирования гена FKBP5 в областях, содержащих функциональные глюкокортикоид-чувствительные элементы (GRE), также были обнаружены в крови контрольных лиц, подвергшихся жестокому обращению в детстве, по сравнению с субъектами без травм в анамнезе [86]. Это деметилирование было связано с усилением стресс-зависимой транскрипции генов, за которым следовало долгосрочное нарушение регуляции системы гормонов стресса и глобальное влияние на функцию иммунных клеток и областей мозга, связанных с регуляцией стресса.Т.о., по мнению авторов, изменения в уровнях метилирования FKBP5 могут увеличивать дифференциальную чувствительность FKBP5 к активации GR, которая может оставаться стабильной с течением времени. Более того, Лабонте и его коллеги [87] провели полногеномное исследование метилирования промоторов в гиппокампе людей с историей жестокого обращения в детстве и контрольных субъектов. Затем профили метилирования сравнивали с соответствующими профилями экспрессии генов по всему геному. Среди всех дифференциально метилированных промоторов 248 показали гиперметилирование, тогда как 114 продемонстрировали гипометилирование, а гены, участвующие в клеточной / нейрональной пластичности, были среди наиболее значимо дифференциально метилированных.

Несмотря на то, что вклад метилирования ДНК широко исследовался в связи с детской травмой в контексте патологий, связанных со стрессом, исследования возможного участия эпигенетических механизмов в уязвимости к БЛД проводятся только при их рождении. Действительно, доступно лишь несколько исследований. В частности, Мартин-Бланко и его коллеги исследовали связь между статусом метилирования NR3C1, историей детской травмы и клинической тяжестью в образцах крови субъектов с ПРЛ, показав связь между метилированием NR3C1 и детской травмой в форме физического насилия и тенденция к значимости эмоционального пренебрежения [88].Что касается метилирования NR3C1 и клинической тяжести, авторы также обнаружили значительную связь с самоповреждающим поведением и предыдущими госпитализациями. Все эти данные подтверждают гипотезу о том, что изменения в метилировании NR3C1 могут происходить в раннем возрасте как следствие стрессового воздействия и могут сохраняться до зрелого возраста, когда субъекты с более высокими уровнями метилирования NR3C1 также являются лицами с повышенной уязвимостью к развитию БЛД.

Было обнаружено, что помимо изменений метилирования ДНК в NR3C1, гипо- или гиперметилирование в других генах играет ключевую роль в опосредовании воздействия стресса в раннем возрасте на развитие связанных со стрессом расстройств, включая БЛД [89,90 , 91,92].Например, в исследовании, проведенном Дамманном и его коллегами [89], паттерн метилирования ДНК 14 генов, выбранных из-за того, что ранее был связан с ПРЛ и другими психическими расстройствами, (COMT, переносчик дофамина 1 (DAT1), рецептор гамма-аминомасляной кислоты типа A Alpha1 Субъединица (GABRA1), субъединица G-белка бета 3 (GNB3), глутаматный ионотропный рецептор, субъединица 2B типа NMDA (GRIN2B), 5-гидрокситриптаминовый рецептор 1B (HTR1B), 5-гидрокситриптаминовый рецептор 2A (HTR2A), серотонный переносчик 1 (HTR2A) ), Моноаминоксидаза A (MAOA), моноаминоксидаза B (MAOB), синтаза оксида азота 1 (NOS1), NR3C1, триптофангидроксилаза 1 (TPh2) и тирозингидроксилаза (TH)), были проанализированы в цельной крови пациентов с ПРЛ и контролирует.Увеличение уровней метилирования HTR2A, NR3C1, MAOA, MAOB и COMT наблюдалось у пациентов с БЛД по сравнению с контрольной группой, что позволяет предположить, что повышенное метилирование сайтов CpG в этих генах может вносить вклад в этиопатогенез БЛД. Недавно Перроуд и его коллеги [91] исследовали роль детской травмы на статус метилирования рецептора серотонина 3A (5-HT _3A R), включая несколько CpG, расположенных внутри или выше этого гена. Они проанализировали его связь с клиническими исходами тяжести, а также с функциональным генетическим SNP (rs1062613) в пределах 5-HT _3A R у взрослых пациентов с биполярным расстройством, ПРЛ и синдромом дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ).Результаты показали, что дифференциальный статус метилирования 5-HT _3A R зависел от истории жестокого обращения в детстве и клинической тяжести психического расстройства; эта связь не была конкретно ограничена одним конкретным психическим расстройством, исследованным авторами, но была обнаружена у пациентов, которые сообщили о более высоких показателях тяжести жестокого обращения в детстве, в основном представленных пациентами с ПРЛ. В частности, физическое насилие в детстве было связано с более высокими уровнями метилирования 5-HT _3A R, тогда как эмоциональное пренебрежение в детстве обратно коррелировало с уровнями метилирования CpG1 I.Как предполагают авторы, эти результаты подчеркивают необходимость поиска в анамнезе случаев жестокого обращения в детстве у пациентов, страдающих психическими расстройствами, поскольку эти события могут быть связаны с наихудшими отрицательными исходами. Более того, авт. Обнаружили модуляцию статуса метилирования 5HT _3A R с помощью rs1062613 в CpG2 III, где пациенты, несущие генотип CC риска, обнаруживают самые высокие уровни метилирования в CpG2 III. Поскольку аллель C также был связан с более низкими уровнями экспрессии 5HT _3A R, авторы предположили, что повышенное метилирование из-за жестокого обращения с детьми может привести к дальнейшему снижению экспрессии мРНК 5HT _3A R.

Стремясь идентифицировать новые гены, которые могут проявлять аберрантную частоту метилирования ДНК у пациентов с ПРЛ, Тешлер и его сотрудники [93] выполнили анализ метилирования по всему геному в крови женщин-пациентов с ПРЛ и женщин контрольной группы. Авторы сообщили о повышенных уровнях метилирования нескольких генов, включая нейрональные адаптерные белки (член 2 семейства A, связывающий белок-предшественник амилоида бета (APBA2) и член семейства A, связывающий белок-предшественник бета-амилоида (APBA3)), факторы транскрипции с цинковыми пальцами (GATA Binding). Белок 4 (GATA4)), ген потенциалзависимого калиевого канала (Подсемейство Q-член 1 (KCNQ1)), факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (прото-онкоген MCF-2 (MCF2)), молекулы адгезии (Ninjurin 2 ( NINJ2)) и рецепторов, связанных с G-белком (рецептор, связанный с следами аминов 5 (TAAR5)) в образцах БЛД по сравнению с контролями.Аналогичным образом, используя метод метилирования всего генома, Прадос и его коллеги [94] проанализировали глобальный статус метилирования ДНК в лейкоцитах периферической крови пациентов с БЛД с историей неблагоприятных исходов в детстве, а также у пациентов с БДР, характеризующихся низким уровнем жестокого обращения в детстве. . В отличие от Тешлера [93], который использовал контрольных субъектов в качестве контрольной группы, в этом исследовании авторы использовали субъектов с БДР, большинство из которых пытались покончить жизнь самоубийством, таким образом контролируя не только БДР, но и самоубийство в анамнезе.Авторы также оценили возможные корреляции между признаками метилирования и тяжестью жестокого обращения в детстве. Данные показали, что несколько CpG внутри или рядом с генами, участвующими в воспалительных процессах (рецептор интерлейкина 17 A (IL17RA)), регуляции экспрессии генов (miR124-3), возбудимости нейронов и развитии / поддержании нервной системы (подсемейство калиевых напряженно-управляемых каналов Q Member 2 (KCNQ2)) были по-разному метилированы либо при ПРЛ по сравнению с БДР, либо в зависимости от тяжести жестокого обращения в детстве.

В более позднем исследовании Teschler и его сотрудники [95] проанализировали также паттерны метилирования ДНК гена рибосомной РНК (промоторная область рДНК и 5′-внешний транскрибируемый спейсер / 5’ETS) и промотор богатого пролином мембранного якоря. 1 ген (PRIMA1) в образцах периферической крови пациенток с БЛД и контрольной группы. Авторы выявили значительное аберрантное метилирование рДНК и PRIMA1 в группе пациентов с БЛД. В частности, среднее метилирование 6 сайтов CpG в промоторе PRIMA1 было 1.В 6 раз выше у пациентов с БЛД по сравнению с контрольной группой. Напротив, уровни метилирования промоторной области рДНК и 5’ETS были значительно ниже (0,9 раза) у пациентов с БЛД по сравнению с контрольной группой. Более того, снижение уровней метилирования было обнаружено для девяти CpG, расположенных в области промотора рДНК, и для 4 CpG в области 5’ETS в периферической крови пациентов по сравнению с контролем. Эти результаты предполагают, что аберрантное метилирование рДНК и PRIMA1 может быть связано с патогенезом БЛД.

В совокупности все эти исследования показывают сложное взаимодействие между ПРЛ, стрессовыми невзгодами в раннем возрасте и эпигенетическими признаками.

БЛД и нейропластичность (роль BDNF)

Нейропластичность относится к связанным с мозгом механизмам, связанным со способностью мозга воспринимать, адаптироваться и реагировать на различные внутренние и внешние раздражители [96, 97], включая стресс.

Воздействие острых стрессовых ситуаций может вызвать ряд полезных и защитных эффектов для организма, который реагирует почти на любые внезапные неожиданные события высвобождением химических медиаторов — i.е. катехоламины, которые увеличивают частоту сердечных сокращений и артериальное давление — и помогают человеку справиться с ситуацией [20, 98,99,100,101]. Однако хроническое воздействие стресса и, следовательно, хроническое воздействие глюкокортикоидов может иметь негативные и стойкие последствия для организма, включая измененный метаболизм, измененный иммунитет, усиление воспаления, когнитивные нарушения, а также повышенную уязвимость к психическим расстройствам и таким заболеваниям, как как сердечно-сосудистые заболевания, нарушения обмена веществ и рак [102, 103].

Нейротрофические факторы, и в частности нейротрофический нейротрофический фактор, производный от мозга (BDNF), были идентифицированы как ключевые медиаторы стресса на нейрональные связи, дендритное разветвление, синаптическая пластичность и нейрогенез [104,105,106,107]. Поскольку BDNF играет решающую роль в развитии и пластичности мозга, он также широко исследовался при некоторых психических заболеваниях, включая БЛД [108].

Например, Кенигсберг и его коллеги [109] обнаружили снижение изофермента протеинкиназы C (PKC), который является молекулой, находящейся ниже по течению от активации BDNF, и уровней белка BDNF в крови пациентов с ПРЛ, что свидетельствует об изменении передачи сигналов BDNF. и, как следствие, механизмов, связанных с нейропластичностью, при ПРЛ.В другом исследовании Tadic и соавторы [49] исследовали связь между BPD и генетическими вариантами в генах HTR1B и BDNF. Хотя данные не показали значительных различий в распределении генотипов или гаплотипов для вариантов HTR1B и BDNF между пациентами с БЛД и контрольной группой, анализ логистической регрессии выявил связь между вариантом HTR1B A-161 и функциональным аллелем BDNF 196A при БЛД.

Важно отметить, что несколько результатов также документально подтвердили эпигенетические модификации гена BDNF у пациентов с ПРЛ , , предполагая, что жестокое обращение в детстве с пациентами с ПРЛ может вызывать долгосрочные эпигенетические изменения генов, критически важных для функций мозга и развития нервной системы, включая BDNF, и что эти изменения могут способствовать повышению уязвимости к развитию патологии ПРЛ.В связи с этим Perroud с соавторами [90] измерили процент метилирования экзонов I и IV BDNF CpG, а также уровни белка BDNF в плазме у субъектов с БЛД и контрольной группы. Авторы сообщили о значительно более высоком статусе метилирования в обеих областях CpG у пациентов, чем в контрольной группе, при этом количество травм в детстве, связанных с высокими уровнями метилирования BDNF. Более того, у пациентов с БЛД уровень белка плазмы BDNF был значительно выше, чем у контрольной группы, но это увеличение не было связано с изменениями статуса метилирования BDNF.Совсем недавно Thaler и соавторы [92] проанализировали паттерны метилирования ДНК в промоторной области гена BDNF у женщин с нервной булимией и с историей ПРЛ и / или травм. Они сообщили, что нервная булимия сама по себе связана с гиперметилированием в сайтах промоторной области BDNF. Это было особенно очевидно при одновременном проявлении жестокого обращения в детстве или ПРЛ.

В целом, эти исследования подтверждают гипотезу о том, что детская травма может быть связана с изменениями эпигенетической сигнатуры BDNF, что, в свою очередь, может способствовать изменению когнитивных функций у пациентов с ПРЛ.