2014-10-18

Патогенез, этиология и лечение шизофрении

Все написанное далее — мнение автора, и не подтверждено ни одним психиатрическим сообществом.

Безусловно, ГМ человека и компьютер отличаются. Но считаю, что архитектура компьютера как раз подойдет для того, что объяснить этиологию шизофрении. Компьютер создал человек, а, как известно, человек все создает, осознанно или неосознанно, по своему подобию.

Сравнение ГМ и компьютера

Классическая архитектура компьютера

Процессор является вычислительным элементом компьютера и работает с информацией, записанной в кэш-памяти и оперативной памяти. Эти компоненты связаны между собой очень быстрыми интерфейсами и передача данных между ними происходит с большой скоростью. С постоянной памятью процессор не взаимодействует, и когда ему нужно обработать хранимые в ней данные, они сначала записываются в оперативную память и в кэш-память. Это же касается и “органов чувств” компьютера — информация из окружения может поступать, например, из клавиатуры, мыши, микрофона, веб-камеры, — все это по проводящим путям (интерфейсам) сначала записывается в оперативную память, и затем уже обрабатывается процессором. Подсистема видео — что-то вроде сопроцессора, который корректирует имеющуюся на данный момент информацию, и составляет “общую картинку”.

Вот к чему я клоню:

Сравнение архитектуры нервной системы и архитектуры компьютера

Вся деятельность компьютера основана на огромном числе одинаковых циклов:

  1. чтения из памяти инструкций “что делать” (алгоритмы или программы) и над какими величинами,
  2. и записи результата обратно в память.

Ветвления алгоритма обусловлены инструкциями перехода или прерывания. Для того, чтобы считать из памяти значение, процессор сначала считывает “адрес” этого значения — в каком именно месте памяти оно записано — и уже потом считывает его. Все операции выполняются последовательно. Чтобы как-то оптимизировать вычисления, процессоры выполняют в различной архитектуре, например, используют конвееры, распараллеливают вычисления, и собирают многоядерные процессоры.

В сравнении с природой люди глупые, и пока ничего лучше для замены нейрона не нашли, чем транзистор (“биологические” процессоры пока только на стадии разработки, но уже были сделаны значительные успехи, также есть направления создания оптических и квантовых процессоров). В ГМ 80+ миллиардов нервных клеток и триллионы связей между ними, в современном процессоре — миллиард (Intel i7) транзисторов и относительно небольшое число связей. Intel обещает увеличить к 2020 году число транзисторов и связей в тысячу раз, что значительно превзойдет “аналогичные” показатели ГМ.

Каждый цикл чтения-вычисления-записи в компьютере определяется тактовым генератором, или ритмом с определенной частотой, например, 2 ГГц — это 2 млрд вычислительных циклов за секунду. Частота работы мозга (альфа-, гамма-, тета- и прочие волны) — до 50 Гц. Да, всего 50 операций в секунду.

Несмотря на то, что в численных показателях компьютер может превосходить ГМ, все же, ГМ намного совершеннее. Да, компьютер и ГМ решают задачи разного класса, и, например, арифметические вычисления и запоминание величин компьютер производит несоизмеримо быстрее и надежнее, однако ГМ намного лучше справляется с задачами синтеза, анализа, обобщения и другими процессами “мышления”. Он, если не аналоговый, то хотя бы дискретный до очень детализированного, незаметного человеку, уровня. Это достигается благодаря наличию тормозных и возбуждающих нейронов, нейромедиаторов и рецепторов, эффектов поляризации мембраны, иррадиации и концентрации, конвергенции и дивергенции, суммации, доминантности и подчененности, и Бог знает, чего еще.

ГМ далеко впереди, но, все же, его уровень достижим. Например, в 2013 году группа немецких и японских исследователей осуществили приблизительную компьютерную симуляцию мозговой активности сети нейронов головного мозга человека в масштабе 1% нейронной сети мозга на протяжении 1 секунды. Для этого задействовали 82 944 процессора суперкомпьютера K и петабайт памяти (24 байта на синапс), и у этой штуковины на вычисления ушло 40 минут.

Энергопотребление и тепловыделение у ГМ также рациональнее, если мозг потребляет примерно 30 Вт и имеет высокий КПД, то современный процессор уже более 100 Вт и греется настолько, что необходимо на него устанавливать не только пассивное охлаждение (радиатор), но и активное (вентилятор).

Хард и софт

Хард, или “hardware” в компьютере — это аппаратное обеспечение, то, о чем говорилось выше. У человека же это ГМ и другие органы, слаженное взаимодействие которых обеспечивают физиологические процессы.

Софт в компьтере, или “software” — программное обеспечение, которое устанавливается для работы в условиях существующего аппаратного обеспечения. Не любая программа может быть установлена на определенный хард, поскольку может быть ориентирована на определенную минимальную производительность, архитектуру и инструкции процессора, может требовать определенного набора памяти. У человека софт — это душа или психика, которая работает в условиях ГМ и других органов и систем (с учетом скорости метаболизма, объемов кровообращения, типа высшей нервной деятельности, скорости и сылы межсинаптической передачи).

Хард и софт в человеке, как и в компьютере, — независимые друг от друга структуры. Человеческое тело, лишенное души, будет “овощем” даже при полностью сохранном ГМ, а душа, лишенная тела, будет болезненно бездействовать (например, неврологический синдром запертого человека).

Патогенез шизофрении

Процессор не может проверить целостность обрабатываемых данных, последовательность выполнения инструкций, или результат вычисления. Он просто считает. Представим, что произойдет, если при вычислении процессор совершит ошибку. 2+2=5, ну и что? И такое может быть. Но чаще все гораздо хуже. Вспомним про адресацию данных и инструкций в памяти, о переходах от инструкции к инструкции. Думаю, здесь стоит сравнить с точечной мутацией гена со сдвигом не на 3 нуклеотида, когда происходит замена одной аминокислоты на другую (что тоже плохо), а со сдвигом рамки считывания, когда происходит образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нонсенс-мутация). Так, а что, если поврежден не один транзистор, а какая-нибудь область? Уверен, что многие пользователи компьютера встречались с “синим экраном смерти”: дальнейшее продолжение работы программы невозможно.

"Синий экран смерти" — ошибка аппаратного обеспечения компьютера

К счастью, биологические организмы и обладают пластичностью, регенерацией, избыточностью, апоптозом, ферментными контролерами и корректорами, иммунной системой, обратной связью и другими механизмами, повышающими надежность. Вот и ГМ, например: в ряде случаев нервные клетки способны брать на себя функции погибших собратьев, о чем свидетельствует, например, восстановление после инсульта (на месте инсульта образуется киста) двигательной активности. Однако защитные механизмы несовершенны и, более того, в некоторых случаях невозможна не только коррекция возникающих ошибок, но и их своевременное обнаружение, как происходит, к примеру, при злокачественном опухолевым процессе. В таком случае, орган и организм продолжают работать, но неправильно! Клетки щитовидной железы производят слишком много гормонов, сосуды поддерживают очень высокий тонус, гипоталамус поддерживает температуру выше нужной. Организм — это система: в ответ другие органы, также “не подозревающие” о проблеме, запускают каскад соответствующих реакций, подключаются все новые и новые, пока, наконец, не будет достигнуто адаптационное равновесие.

В отличие от органического повреждения, когда “нейроны выходят из строя” и можно наблюдать морфологические изменения, в случае шизофрении нейроны продолжают работать, но делают это неправильно. Вспомним, чего компьютеру стоит ошибка адресации (ошибка связи между нейронами). У ГМ, как у более сложной структуры, со всеми этими суммациями и иррадиациями, последствия ошибок, не подвергающихся коррекции, еще более печальны. Представим, что нейроны — города, и нужно доставить посылку массой M1 из Москвы в Казань, и это нужно сделать до того, как прибудет посылка массой M2 из Рязани. И вот она поступила на склад в Нижнем Новгороде и ее отправили в следующий пункт.. в Вашингтон. Через океан. Но ГМ пластичен, и “синего экрана смерти” не будет. На место посылки M1 окажется наиболее схожая посылка M3, а M1 будет уничтожена, не велика потеря. А человек всего-то оговорился, а затем откорректировал ошибку — “две маленькие девочки попали в член пипен.. в плен чеченцам”. Но могут быть и другие последствия: если в процессе речи мысль не пришла — шперрунг, пришла другая — соскальзывание, с изменением — неологизм. И да, нарушения будут запускать адаптационный каскад реакций, которые будут “оправдывать” изменения в мышлении, эмоциональной и волевой сфере, памяти — это бред, иллюзии и галлюцинации, сверхценные идеи, деменция, и другие психические изменения личности (все это утрированно и обобщенно). Адаптационные механизмы могут включаться и отключаться при различных условиях, обуславливая периоды психоза и ремиссии. Шизофрения — это адаптационная реакция на необнаруживаемое организмом повреждение ГМ.

Этиология шизофрении

Как известно, у всего есть “слабые места”. Если тактовый генератор процессора, рассчитанного работать на частоте 1 ГГц, повысить до 1,5 ГГц, это неизбежно приведет к появлению ошибок. Но не везде, а только в “слабых местах”. Если сократить напряжение с 1,5 В до 1,4 В — то же самое. Если снизить теплоотдачу (снять вентилятор) — то же самое. Если воздействовать электромагнитным полем — то же самое. И то же самой с оперативной памятью и другими компонентами компьютера. Вы уже поняли, к чему я.

Чрезмерное повышение нагрузки на ГМ (избыток нейромедиаторов или повышение чувствительности рецепторов в синаптической щели), гипоксия ГМ, гипогликемия, повышение температуры тела, инфекции, интоксикации, аутоимунные процессы.

Почему не все проблемы приводят к шизофрении

Ответ — все те защитные механизмы, описанные в биологических структурах выше. Как ответит ГМ на снижение уровня глюкозы в крови? Снижением уровня сознания. Съели шоколадку — ГМ заработал “на полную”. Это прекрасно! Но если проблема не будет идентифицирована, ГМ будет продолжать работать на полных оборотах — и это неизбежно приведет к ошибкам. Разовьется ли шизофрения? Нет! Многие бредили или наблюдали иллюзии и галлюцинации при хорошей гриппозной инфекции с температурой тела 41+, особенно в детстве, но шизофренией не болеют. Все потому, что как и в компьютере, повреждения бывают обратимы и необратимые. И в этом плане ГМ более надежен, чем компьютер. Хотите эксперимент — снимите радиатор с вентилятором со старенького “Пентиума” и наблюдайте как он расплавится у вас на глазах (новые процессоры обладают датчиками температуры, и процессор просто отключит питание, если, конечно, датчик не будет поврежден первым и сработает).

Шизофрения развивается при необратимом и необнаруживаемом организмом повреждении ГМ. Такое повреждение также должно быть значимым и не иметь видимых морфологических изменений, чтобы его, вдруг, не сочли органическим. Поэтому термин “Шизофрения на органической почве” неверен — шизофрения всегда на органической почве.

Если даже “стрессовых” воздействий на ГМ не было, шизофрения все равно может развиться. Даже работая без нагрузок компьютер через несколько лет начнет работать с ошибками — износ, это раз. “Слабые места” могут проявлять себя даже при обычной нагрузке (онтогенетический дефект ГМ), это два. “Слабые места” могут провоцировать появление других “слабых мест” (как при распространении эпилептической реакции), это три. Человек уже может родиться с повышенными энергопотреблением ГМ, скоростью синаптической передачи, с быстрым мышлением, с большим числом нейронов — четыре. В процессе жизни объем хранимой памяти человека возрастает, растет количество связей и даже нейронов, происходи более частое “извлечение” информации, более сложная ее обработка — пять. И помним, что ГМ намного сложнее, чем компьютер, и причин для возникновения ошибок у него больше.

Шизофрения — не всегда плохо

Каждый ГМ, созданный безошибочно, уникален. А процессор, созданный безошибочно — в точности такой же, как и его “собрат”. Поэтому люди разные, а компьютеры одинаковые, и люди управляют компьютерами, и компьютеры работают на людей, а не наоборот.

Эта разность позволяет людям создавать новое, быть креативными. Это прекрасно! И чем больше эта разность, тем более прекрасных творений стоит ожидать. Я убежден, что все лучшее создано акцентуированными личностями, психопатами и больными шизофренией. Эти люди нужны миру не для того, чтобы “продолжать род” или выращивать хлеб, эти люди нужны, чтобы создавать новое. Расплачиваются эти люди своими болезненными ощущениями. Нельзя быть красным, и одновременно быть серым. Лучшее, что может сделать общество — дать благую почву таким творцам, и от этого всем будет хорошо, в том числе, и многочисленным “обычным людям”.

Значит, шизофрению не надо лечить? В некоторых случаях, как и психопатию, не надо. Достаточно создать подходящие условия для их деятельности и “купировать” острые периоды. Но, к сожалению, нередко болезнь имеет тенденции к развитию, нарушаются мыслительные процессы не только качественно, но и количественно (снижение интеллекта и памяти). И тогда лечение необходимо, либо шизофрения приведет к полному распаду личности и смерти психики.

Лечение шизофрении

На данный момент (а также исторически) существуют множество методов лечения шизофрении. Вот некоторый из них с объяснениями, почему они работают:

  • Инсулиновая кома и кровопускание, другие коматозные состояния: даем мозгу меньше глюкозы или кислорода, и, в случае сохранных механизмов снижения производительности, ГМ переключается на более низкую скорость работы, отключает многие функции, “слабые места”. Ошибки прекращаются. Недостатки: общее снижение жизнедеятельности, включая и психические процессы; болезнь этот метод, конечно, не излечивает, и при возврате нужного уровня кислорода и глюкозы, ГМ снова выйдет на нужную производительность, и ошибки вернутся; стрессовые состояния с большой вероятностью будут вызывать развитие заболевания. Аналог в компьютерной технике: снижение напряжения, подаваемого к центральному процессору и памяти, и перезагрузка компьютера.
  • Электросудорожная терапия: поляризуем все нейроны в одном направлении, вызывая их синхронизацию, разрывы существующих связей, гибель некоторых нейронов, их “оглушение”. Следом ГМ включает (опять же, при сохранных механизмах) все ту же “пониженную скорость” и запускает репарационные механизмы. Недостатки: те же, однако есть вероятность, что шизофрения будет излечена — “неправильные” нейроны или “неправильные” связи будут уничтожены. Правда, вероятность ухудшения заболевания намного выше, а постепенное снижение интеллекта и памяти вообще неизбежно. Аналог в компьютерной технике: поднятие напряжения, подаваемого к центральному процессору и памяти.
  • Антипсихотические препараты: снижаем скорость передачи импульсов недостатком нейромедиаторов или отключением рецепторов. На “низкой скорости” работы ГМ “слабые места” могут перестать быть таковыми. Работа мозга становится более надежной, безошибочной, но медленной, отключаются и “нестандартные” пути передачи импульсов. Недостатки: снижение умственных способностей; отключение “креативности” мышления; медикаментозные эффекты на других органах и системах организма; возможны повреждения, стимулирующие развитие заболевания; при отказе от лечения наблюдаются синдром отмены, возврат “слабых мест” и психотического состояния. Это самый действенный и оправданный на данный момент способ лечения шизофрении. В некоторых случаях, еще и разумный — когда человек рождается с более чувствительными нервными синапсами, или с повышенным синтезом нейромедиаторов. Аналог в компьютерной технике: снижение тактовой частоты работы процессора и памяти — позволяет в большинстве случаев добиться устойчивой, хоть и более медленной, работы компьютера.
  • Иммуномодуляторы или иммуносупрессоры, противовирусные, метаболические препараты: воздействуем на этиологические факторы шизофрении. В качестве профилактики это действенные методы, но лечение будет эффективно только при сочетании с коррекционными методами воздействия. Эти методы могут предотвращать прогрессирование заболевания. Недостатки: медикаментозные эффекты на других органах и системах организма; возможны повреждения, стимулирующие развитие заболевания; неэффективность в случае изолированного применения. Аналог в компьютерной технике: заменить охлаждение на более качественное, убрать подальше источники электромагнитных волн, нормализовать влажность в помещении.
  • Психотерапия: ищем пути обхода “слабых мест”, чтобы использовать их реже. Отличный адаптационный и психокоррекционный метод. Позволяет выразить больным свои творческие способности в полной мере, при этом, уменьшая степень и снижая частоту возникновения болезненных состояний. Этот метод “работает сам на себя”: пациенты учатся лечить сами себя, и, в дальнейшем, это может происходить без участия врача. Сочетается с другими методами лечения шизофрении. Недостатки: дорогой и длительный метод; труднопрогнозируемый результат; ограниченного применения (не применим в острых и тяжелозапущенных состояниях); не способен излечить полностью — “слабые места” остаются (все же нет, со временем, в редких случаях, “слабые места” могут быть исправлены естественными защитными механизмами организма — но не стоит на это рассчитывать). Аналог в компьютерной технике: коррекция в плане программного обеспечения, но не аппаратного — не запускать программы, которые приводят к ошибкам заменять их аналогами при необходимости), избегать использования определенных участков памяти и инструкций, давать только небольшие вычислительные нагрузки.

Есть и другие, реже встречающиеся методы лечения шизофрении, например, управляемая гипотермия (краниоцеребральная гипотермия), их недостатки также становятся понятны из сравнения человек-компьютер.

Все эти методы лечения несовершенны. Однако в течение 10-30 лет 60% случаев заболевания будут полностью излечимы — это произойдет когда “слабый”, или “дефектный”, участок, можно будет локализовать и устранить, а также появятся целенаправленные методы воздействия на перечисленные выше этиологические факторы, например, противовирусные препараты. Такая точная локализация будет достигнута в том случае, когда ГМ будет исследован до уровня ожидаемой реакции, и будут созданы соответствующие тесты, аналогичные тестированию компьютерного процессора и памяти. В компьютерной индустрии производят многократную запись и считывание данных из памяти и сравнивание с эталоном, различные вычислительные тесты. Это не означает, что все процессоры одинаковые — хотя все они дают один результат при выполнении неделимых операций (2+2=4), они имеют разные архитектуры, производительность и назначение. Кстати, на основе не частных, а обобщенных тестов проводится дифференцировка самого заболевания шизофрении — доктор сравнивает суждения, память, поведение пациента с тем, что он ожидает (были бы все люди с шизофренией, настоящая “норма” считалась бы болезнью).

В других 40% повреждения нелокализованные (диффузные), а воздействовать на этиологический фактор не будет возможности.

Вот направления лечения шизофрении, за которыми будущее:

  • Психохирургия и микропсихохирургия: первый метод, который будет излечивать заболевание. Удалив “дефектный” участок ГМ, заболевание подвергнется обратному развитию. Недостатки: в случае, когда уже длительное время запущены сложные адаптационные механизмы (бред, галлюцинации) обратное развитие заболевания потребует времени или будет завершено неполностью; необходимо время на реабилитацию, включая психотерапию, чтобы компенсировать удаленные нейроны; возможна утеря индивидуальных, присущей только этой личности, особенностей мышления. Аналог в компьютерной технике: при производстве четырехъядерного процессора проводят тестирование каждого ядра, и если какое-нибудь из них не справилось с тестами, его отключают, и процессор становится трехъядерным. То же и с платой памяти — отключение одного из установленных чипов.
  • Целенаправленная медикаментозная терапия: воздействие только на нейроны и связи, не прошедшие тестирование, при полной сохранности функций тех, кто с тестированием справился. Более точное и неинвазивное воздействие на “дефектные” клетки. Недостатки: аналогичные, но с меньшим периодом реабилитации; возможно возвращение заболевания, если действие лекарственных веществ нестойкое. Аналог в компьютерной технике: отключение элементов на более низком уровне (не применяется ввиду сложности процесса, да и процессор — не ГМ, можно выкинуть и произвести новый).
  • Маркировка “дефектных” структур ГМ: если помочь организму распознать неверно функционирующие нейроны и связи, он “исправит” их сам: будет апоптоз ли это, или другая защитная реакция, не важно. С введением этого метода выздоровление будет более плавным, и станет возможно лечение даже уже длительное время текущей шизофрении. Недостатки: растянутые сроки лечения; необходимость в психотерапии во время лечения; возможна утеря индивидуальных, присущей только этой личности, особенностей мышления. Аналог в компьютерной технике: нет, не предусмотрено.
  • Ре-синтез “дефектных” структур ГМ: такой метод лечения будет использоваться при значительных по распространенности повреждениях, когда потеря поврежденных структур будет угрожать жизни или функции. Для реализации нужна будет долгая подготовка, создание точных моделей ГМ конкретного человека, последующий синтез (in vivo или in vitro с последующей пересадкой). Недостатки: те же, а также высокий риск осложнений; дорого. Аналог в компьютерной технике: не используется ввиду высокой стоимости и сложности, нерациональности в компьютерной технике метода.

Все новые методы будут направлены на “аппаратное обеспечение” (структуры ГМ) человека с сопутствующей адаптации “программного обеспечения” (психики) в виде психотерапии, которая также получит новые, более целенаправленные и эффективные, методы воздействия.

Алексей Лебедев, 18 октября 2014 года

Комментариев нет:

Отправить комментарий