Психиатрия Психиатрия и психофармакотерапия им. П.Б. Ганнушкина
№04 2020

Structural alterations of white matter tracts in children with developmental language disorders: DTI data

D.A. Emelina1, I.V. Makarov1, R.F. Gasanov1

1V.M. Bekhterev National Medical Research Center for Psychiatry and Neurology, Ministry of Health of Russia. 192019, Saint Petersburg, Russia, 3, Bekhterev St.

Abstract
The article provides an overview of current data on microstructural changes in the brain white matter tracts responsible for language development in children with developmental language disorders (DLD). The results detected by diffusion tensor imaging (DTI) indicate that patients with DLD have fractional anisotropy coefficients and average diffusion coefficients in the area of these tractors, which significantly differ from those of healthy peers. These changes may indicate about abnormal formation of ventral and dorsal language pathways and delay of myelination. In addition, the article presents further prospects for the use of diffusion-tensor tomography parameters in patients with CPP.
Keywords: developmental language disorder, diffusion tensor imaging, language pathways, microstructural alterations.
For citation: D.A. Emelina, I.V. Makarov, R.F. Gasanov. The diagnosis of the psychological features of children and adolescents using projective methods in the framework of the pathopsychological test. Psychiatry and psychopharmacotherapy. 2020; 4: 34–37.

Введение

Специфические расстройства речи (СРР) — это нарушения, при которых речевые навыки ребенка не соответствуют возрастной норме, несмотря на отсутствие неврологических заболеваний и нарушений слуха, правильно развитый артикуляторный аппарат и нормальные условия для овладения языком. По данным литературы, количество различных нарушений развития речи у детей в последние годы увеличивается [1, 22, 2]. В некоторых отечественных источниках отмечается, что распространенность нарушений речевого развития достигает 25% у детей школьного возраста [3, 6]. В иностранной литературе приводятся меньшие цифры — от 3,8 до 15,6% [12, 16]. При этом нейроанатомические пути, которые задействованы при СРР, до сих пор остаются мало изученными.
Тем не менее в последнее время можно отметить увеличение количества исследований, посвященных нейроанатомическим и функциональным основам речевых нарушений, чему в немалой степени способствовало появление новых исследовательских методик. В их числе могут быть названы функциональная магниторезонансная томография (фМРТ) и диффузионно-тензорная магниторезонансная томография (ДТ-МРТ). С помощью ДТ-МРТ можно выявить микроструктурные аномалии головного мозга и оценить строение и направления пучков нервных волокон. Это дает представление о структурной составляющей нейронной сети [4]. Нейроанатомические исследования показали, что процесс языкового анализа осуществляется с помощью взаимосвязанных нейронных сетей, волокна которых соединяют участки коры большого мозга, ответственные за экспрессивную и импрессивную речь.

История вопроса

Начало работам по изучению мозговых механизмов речи было положено Полем Брока в 1865 г. [8]. Он описал пациента с поражением задней части нижней лобной извилины (НЛИ), который при вопросах и обращениях мог произнести только один слог — «тан». Чуть позже Карл Вернике опубликовал свой труд, в котором была предложена одна из первых нейрофизиологических моделей речевой функции. Он связал распознавание слов с функцией заднего отдела верхней височной извилины (ВВИ), получившей название зоны Вернике, а перекодирование звуков речи в артикуляторные движения — с задними отделами лобной доли — зоной Брока. К. Вернике выдвинул предположение, что речевая функция осуществляется посредством взаимодействия между этими двумя удаленными областями головного мозга. На основании этой теории и возникла первая модель речевой функции — классическая модель Вернике – Лихтгейма – Гешвинда [10].
Среди нейровизуализационных методик наиболее распространенной стала так называемая модель «двойного потока» восприятия речи, предложенная Hickok and Poeppel [9]. В соответствии с этой моделью первый этап процессинга происходит в извилине Гешля, затем информация поступает во вторичную слуховую кору в области верхней височной борозды (ВВБ) и дальше идет по двум путям: дорсальному и вентральному. Посредством вентрального пути, проходящего через среднюю височную извилину (СВИ) и нижнюю височную извилину (НВИ), осуществляется процессинг лексической и семантической составляющих. Дорсальный путь, проходящий через левую нижнюю лобную извилину (НЛИ) и премоторную кору, отвечает за перекодировку звуков в артикуляторные последовательности. Эта модель подразумевает билатеральную, но леводоминантную активацию. Каждый путь, вентральный и дорсальный, состоит из нескольких пучков [7].
Дорсальный путь формируется из дугообразного пучка (ДП) и верхнего продольного пучка (ВПП). ДП соединяет верхнюю височную и среднюю височную области с нижней лобной и средней лобной извилиной (СЛИ) и прецентральной извилиной (ПЦИ). ВПП также содержит три отдельных пучка, соединяющих затылочные отделы коры с префронтальной корой. Один из этих пучков соединяет нижнюю затылочную долю с НЛИ и передними отделами ПЦИ, задними отделами верхней лобной извилины (ВЛИ) и СЛИ. Остальные два пучка несут меньшую функциональную значимость для языкового развития и не связаны с зоной Брока.
Вентральный путь также состоит как минимум из двух пучков: нижнего лобно-затылочного пучка (НЛЗП) и крючковидного пучка (КП). НЛЗП проходит через наружную капсулу (НК) и самую наружную капсулу (СНК) и соединяет затылочную, среднюю теменную и нижнюю височную области с лобным отделом (покрышковая и глазничная части, СЛИ, префронтальная кора). В нем выделяют два слоя: поверхностный и глубокий. Глубокий слой делится на переднюю, среднюю и заднюю части. Задний компонент соединяет среднюю лобную извилину и дорсолатеральные отделы префронтальной коры. Средняя часть (или средний продольный пучок — СПП) соединяет СЛИ и латеральную часть префронтальной коры. Передний отдел тракта проводит импульсы между префронтальной корой и полюсом лобной доли. КП соединяет передние отделы височного полюса с базальными и латеральными отделами лобной коры.
Кроме того, часть исследователей выделяет также нижний продольный пучок (НПП). Этот тракт связывает височный полюс, НВИ и гиппокампальную фармацию с затылочной корой. Проведенные исследования показали, что данный тракт является альтернативным для НЛЗП и может участвовать в компенсации речевых нарушений при повреждении НЛЗП. В то же время повреждения НПП могут приводить к алексии и нарушениям зрительной памяти [5].
Настоящая работа ставила своей целью подчеркнуть важность применения метода ДТ-МРТ у детей с СРР на основании данных отечественной и зарубежной литературы. Основанием для выбора статей были ключевые слова: задержка речевого развития, специфическое расстройство речи, диффузионно-тензорная МРТ, developmental language disorder, specific language impairment, language disorder, diffusion tensor imaging, diffusion weighed imaging, а также использование метода ДТ-МРТ у пациентов в возрасте менее 18 лет с диагностированным СРР.

Результаты

Было отобрано 8 публикаций, удовлетворяющих критериям поиска и посвященных исследованию особенностей анатомического строения речевых трактов у детей с СРР. К числу наиболее ранних относилась работа J. Kim с соавт. [11], где были исследованы ВПП, НПП, переднее бедро внутренней капсулы, заднее бедро внутренней капсулы, колено мозолистого тела и само мозолистое тело. При сравнении коэффициента фракционной анизотропии (КФА) у детей с СРР с аналогичным показателем у здоровых сверстников значимые отличия обнаружены только в колене мозолистого тела. У детей с СРР отмечалось снижение КФА в этом отделе при сравнении с группой контроля. Однако необходимо отметить малую численность обследуемых — основная группа и группа контроля составили по 7 человек каждая.
В более позднем исследовании S.J. Verhoeven с соавт. [18] изучались сходства и различия в строении речевых трактов у пациентов с СРР и РАС и сравнивались с данными, полученными у здоровых детей. Зоной интереса служил ВПП. Результаты исследования показали, что КФА в области ВПП значимо снижен у детей с СРР, по сравнению как со здоровыми сверстниками, так и с пациентами с РАС. Однако же в значениях среднего коэффициента диффузии (СКД) статистически достоверных различий выявлено не было.
В исследовании T.P. Roberts с соавт. [15] проводилось сравнительное изучение ВПП и ДП у детей с РАС и СРР. При этом группа детей с РАС была поделена на пациентов с нарушениями речи и без них. Авторы работы сравнивали такие показатели, как СКД, коэффициент радиальной диффузии (РД) и коэффициент аксиальной диффузии (АД). Основанием для этого служила гипотеза, что у пациентов с РАС и речевыми нарушениями, так же как и у пациентов с СРР, должно наблюдаться повышение СКД в области левого ВПП и ДП, в сравнении со здоровыми сверстниками. Результаты показали, что пациенты с аутизмом, так же как и с СРР, имеют более высокие показатели СКД в области левого ДП, по сравнению с группой контроля. Такие результаты, казалось бы, свидетельствуют об общих нейрофизиологических механизмах развития РАС и СРР. Однако изучение коэффициентов РД и АД позволило уточнить, что для пациентов с РАС характерно повышение АД, в то время как для пациентов с СРР — РД. Эта находка позволила авторам предположить, что заболевания характеризуются разными микроструктурными аномалиями белого вещества головного мозга. Повышение РД позволяет предположить нарушение формирования аксонального пучка с большим расстоянием между аксонами. Повышение АД также может, по мнению авторов, служить проявлением микроанатомических изменений в виде отсутствия или нарушения пересечения отдельных нервных волокон.
Исследование R. Vydrova с соавт. [20] выявило значительное снижение КФА во всех исследуемых речевых трактах у детей с СРР, по сравнению с группой контроля. СКД был повышен в ДП билатерально, левом НЛЗП и левом НПП у детей с СРР. Отмечалось повышение РД в ДП билатерально, в левом НЛЗП и левом НПП, а также в КП билатерально. Снижение коэффициента АД было обнаружено в левом КП и в правом НЛЗП, по сравнению с контрольной группой.
А. Morgan с соавт. [14] изучали пациентов не только с СРР, но и со специфическим расстройством речевой артикуляции. Авторы выдвинули гипотезу, что при расстройстве речевой артикуляции имеется нарушение в кортикобульбарном тракте (КБТ), тогда как при расстройствах экспрессивной и импрессивной речи изменения будут наблюдаться в дорсальном и вентральном речевых путях. В результате проведенного исследования значимые различия были обнаружены только в отношении левого КБТ — у пациентов с нарушением артикуляции КФА был ниже, по сравнению с пациентами с СРР и здоровыми сверстниками. Полученные результаты позволили авторам предположить, что атипичное развитие данного тракта может служить маркером специфического расстройства артикуляции. Для специфических расстройств речи каких-либо характерных изменений в речевых трактах обнаружено не было.
В исследовании М. Verly с соавт. [19] зонами интереса служили система волокон самой наружной капсулы (СВСНК) билатерально, КП, НЛЗП, НПП, СПП и ВПП и его три ветви (как составляющие дорсального пути). При этом у пациентов с СРР выявлено снижение КФА в области левого НПП и СПП и повышение КФА в правом ВПП. СКД был повышен во всех речевых трактах слева и снижен в НПП справа.
L. Zhang с соавт. [23] проводили сравнение сформированности ДП у пациентов с СРР и РАС. Цель исследования заключалась в выявлении дифференциально-диагностических маркеров СРР для разделения этих двух клинически похожих состояний. Результаты свидетельствовали о значительном снижении КФА и увеличении объема вещества в области ДП у детей с РАС, по сравнению с пациентами с СРР. Однако уровень вербального интеллекта, измеренный с помощью шкал C-PEP (Chiness version of Psycho-Educational profile), был ниже в группе пациентов с РАС, что может говорить о сочетании РАС и СРР. Кроме того, из-за отсутствия сравнения КФА в исследуемых группах с показателями у здоровых сверстников не представляется возможным считать этот показатель нейроанатомическим маркером РАС. Проведенные ранее исследования c участием здоровых детей [17, 21] свидетельствуют о положительной корреляции между показателем КФА в основных речевых трактах и уровнем речевого развития. Вероятнее всего, этим можно объяснить и данные L. Zhang с соавт. [23], которые противоречат результатам большинства исследований.
Одна из последних работ J. Lee с соавт. [13], где проводилось изучение вентрального и дорсального трактов у подростков, показала, что у пациентов с СРР имеет место значительное снижение КФА в области ВПП билатерально. Кроме того, было обнаружено, что в группе пациентов с СРР не отмечается увеличение КФА по мере взросления ребенка, как в группе сравнения. В отношении вентрального пути у пациентов с СРР также было обнаружено снижение КФА в области НЛЗП билатерально и в левом КП. Сравнение КФА в зонах интереса и в других путях (колено мозолистого тела, мозолистое тело) у пациентов с СРР позволило доказать, что имеет место замедление созревания белого вещества именно в речевых трактах.

Обсуждение

Созревание нервных трактов в белом веществе головного мозга сопровождается усилением миелинизации волокон, которое отражается в повышении КФА в течение детского и подросткового возраста. Рост КФА сочетается со снижением СКД, который отражает плотность ткани и содержание в ней воды [4]. При нормальной физиологии развития [21] рост уровня речевого развития коррелирует с увеличением КФА. Коэффициент АД отражает скорость диффузии вдоль направления аксонов, РД — скорость в плоскости, перпендикулярной направлению аксонов соответственно. Предполагается, что РД отражает уровень миелинизации и/или плотность аксонального пучка [15, 20, 21], коэффициент АД — нормальное, ненарушенное строение аксонального пучка в продольном направлении [5]. В литературе описаны случаи снижения АД при развитии опухолей, травматических поражениях. Исследований, оценивающих эти показатели у детей с СРР, пока недостаточно, однако немногочисленные данные поддерживают гипотезу о замедлении миелинизации в белом веществе речевых трактов [15, 20].
Представляется также важным, что с помощью ДТ-МРТ можно выявить микроструктурные изменения в речевых трактах (как дорсальном, так и вентральном) у пациентов с СРР. При этом большая часть исследователей использовала такие показатели, как КФА и СКД. Коэффициенты АД и РД изучали только в двух работах [15, 20], а речевой тракт — ДП в одной [15], поэтому на сегодняшний день объективно оценить изменения этих показателей у детей с СРР не представляется возможным.
Изменения КФА в ДП у детей с СРР были описаны в двух исследованиях [20, 23]. Однако необходимо отметить, что в этих исследованиях использовали разные группы подборки: в одном — сравнение проводили со здоровыми сверстниками, в другом — с детьми с аутизмом. Было выявлено снижение КФА, по сравнению со здоровыми сверстниками [20], и повышение КФА, по сравнению с пациентами с аутизмом [23]. Однако, как уже упоминалось ранее, уровень речевого развития в группе с аутизмом был ниже, чем в исследуемой группе, что не позволяет исключить речевые нарушения в группе сравнения и, соответственно, четко связать обнаруженные изменения с РАС. Снижение СКД для ДП было выявлено в двух исследованиях [15, 20]. Результаты этих же исследований показали повышение РД в данном тракте. Изменение КФА в области ВПП у детей с СРР было выявлено в трех работах [18, 19, 13]. В одном исследовании КФА был снижен билатерально [13], в другом только слева [18], а Verly и соавт. [19] описали повышение КФА у пациентов с СРР в правом ВПП. Кроме того, это же исследование [19] выявило повышение СКД в левом ВПП. Снижение КФА у детей с СРР в НЛЗП было выявлено в двух работах [17, 23], причем в обеих билатерально. Повышение СКД описано в двух исследованиях [20, 19], но только для левого НЛЗП. При этом в одном из исследований [20] было обнаружено повышение РД и снижение АД в НЛЗП у пациентов с СРР. Снижение КФА в НПП также было обнаружено в двух исследованиях, в одном билатерально [20], во втором только слева [19]. В этих же исследованиях описано повышение СКД в левом НПП. Более того, в одном из них сообщается о снижении СКД в правом НПП [19]. Снижение КФА в КП описано в двух исследованиях: в одном билатерально [20], в другом только слева [13]. Повышение СКД выявлено в одном исследовании, в этом же исследовании обнаружено повышение РД в этом тракте билатерально, и снижение АД слева [20]. Изменения СПП были описаны только в одном исследовании [19]: отмечалось снижение КФА и повышение СКД в левом СПП. Также в одном исследовании были описаны изменения в мозолистом теле у пациентов с СРР [11]. 

Выводы

Выявляемая тенденция к снижению показателя фракционной анизотропии и повышению СКД у детей со специфическими расстройствами речи может говорить о замедлении процесса миелинизации в области речевых трактов. Наблюдаемое в некоторых исследованиях увеличение коэффициента фракционной анизотропии и СКД в правом речевом тракте при снижении фракционной анизотропии и повышении СКД в левом [19] у детей с СРР может свидетельствовать о компенсаторном механизме, вовлекающем в обработку речевой информации правые речевые тракты при недостаточной функциональной активности левых.
Считается, что СРР не связаны с органическим поражением ЦНС, поэтому описанные изменения, предположительно, служат следствием дизонтогенеза, который нарушает формирование нормальной нейроанатомии речевых трактов. При этом представляет интерес специфичность нарушений в том или ином тракте при разных вариантах СРР: расстройствах импрессивной и экспрессивной речи. Эти два варианта в отечественной литературе также носят названия сенсорной и моторной алалии. До настоящего времени под алалией понимали речевые нарушения вследствие недоразвития или органического поражения речевых зон коры большого мозга во внутриутробном или раннем периоде развития ребенка (до формирования речи). Применение нейровизуализационных методик значительно расширило представления о механизмах развития этих сложных состояний: очевидно, что роль в их возникновении принадлежит не только корковым отделам, но многочисленным нервным трактам в белом веществе головного мозга. Авторы данной статьи не проводили разделения пациентов со СРР по клиническим проявлениям на расстройства экспрессивной и импрессивной речи. В будущих исследованиях, исходя из функционального значения дорсального и вентрального речевых трактов, такое разделение может облегчить систематизацию микроанатомических изменений и соотнесение с клиническими проявлениями заболевания. Кроме того, сравнение основных показателей ДТ-МРТ у пациентов со СРР и задержками речевого развития вследствие органического поражения головного мозга может оказать помощь в поиске специфических маркеров дизонтогенетического или органического процесса. Таким образом, можно говорить о перспективности использования метода ДТ-МРТ для выявления микроанатомических изменений речевых трактов у детей с СРР.


Сведения об авторах:

Емелина Дарья Андреевна — к.м.н., младший научный сотрудник отделения детской психиатрии Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева. Автор, ответственный за переписку с редакцией. e-mail: dashaberkos@mail.ru. Моб. тел.: 8 (921) 358-50-49
Макаров Игорь Владимирович — д.м.н., профессор, руководитель отделения детской психиатрии Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева, главный внештатный детский специалист-психиатр МЗ РФ в Северо-Западном федеральном округе. e-mail: ppsy@list.ru 
Гасанов Рауф Фаикович — к.м.н., ведущий научный сотрудник отделения детской психиатрии Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева. e-mail: raufgasanov@mail.ru