Современные психофизиологические методы позволяют точнее определять изменения размера отдельных областей мозга. Увеличение объема желудочков у шизофреников подтвердили изображения, полученные с помощью метода ядерного магнитного резонанса. Группа исследователей под руководством Д. Вайнбергера исследовали с помощью этого метода однояйцевых близнецов, один из которых страдал шизофренией, а другой – нет. Расширение желудочка у близнеца-шизофреника по сравнению со вторым близнецом в паре отмечалось в 12 из 15 обследованных пар близнецов. В большинстве исследований мозга больных шизофренией, проведенных методом компьютерной томографии, также отмечается увеличение латеральных желудочков (от 10 до 50% больных), некоторые исследователи указывают также и на увеличение третьего и четвертого желудочков. Исследования с помощью патологоанатомических методов также выявило наличие у шизофреников структурных изменений (в частности, расширение желудочков и борозд).
Исследование метаболизма мозговой ткани у больных шизофренией производится с помощью методов измерения регионального мозгового кровотока и позитронной эмиссионной томографии. При сканировании методом ПЭТ обнаружено понижение метаболизма фронтальной доли, снижение метаболизма париетальной доли, отклонения в латеральных различиях, а также относительно высокий метаболизм в задних отделах мозга. В исследованиях методом измерения регионального кровотока отмечается снижение уровня кровотока во фронтальных областях в покое, увеличение кровотока в париетальных областях и понижение кровотока в целом. Пониженный уровень кровотока у шизофреников в лобных отделах мозга, возможно, указывает на снижение уровня нейронной активности в этой области. Этот факт был подтвержден неоднократно. В самых последних работах проведено исследование психологической активации и продемонстрирована неспособность больного шизофренией «включить» лобные доли при выполнении психологического задания. В исследованиях также показано изменение массы в области префронтальной коры. Таким образом, можно прийти к выводу о наличии более выраженной дисфункции фронтальной доли, чем какой-либо другой области мозга.
Вайнбергером были также проведены исследования о связи функциональных аномалий шизофреников и их когнитивных функций. При предъявлении когнитивных тестов (Висконсинский тест по сортировке карточек, тест на оперативную память, тест на абстрактное мышление) у нормальных испытуемых увеличивается кровоток в префронтальной коре, у больных шизофренией увеличение кровотока выражено слабо и с когнитивными тестами они справляются значительно хуже. Кроме того, ослабление префронтального кровотока сильнее всего выражено у больных с самыми маленькими структурами гиппокампа. Гиппокамп связан с префронтальной корой, которая у приматов управляет оперативной памятью.
Посмертное изучение тканей больных шизофренией вскрыло также ряд аномалий, касающихся числа нервных клеток головного мозга и их организации, особенно в височной доле (данные об уменьшении их объема). Тем не менее ни рубцов, которые могли бы появиться в ткани вследствие инфекции, ни прогрессирования этих аномалий с возрастом не выявляется. Поэтому некоторые исследователи предполагают, что эти аномалии связаны с расстройством развития, возможно, с нарушением роста нейронов и развития их связей или же с нарушением процесса уточнения и ограничения нейронных связей, протекающим у нормальных людей в возрасте от 3 до 15 лет.
Известно, что височная область связана со слуховыми галлюцинациями (исследования Пенфилда), что характерно для шизофрении. Также показано, что лобные отделы височной коры получают из других ее отделов информацию, подвергшуюся тщательной переработке и сенсорной фильтрации. Эта информация в конце концов достигает лимбической системы и других структур, опосредующих эмоциональные реакции. Поэтому возможно, что типичные для шизофреников переживания – слуховые галлюцинации – возникают в результате сверхактивации височной коры или нарушения процесса сенсорной фильтрации.
Другие области мозга также вовлечены в патологический процесс. О поражении базальных ганглиев можно судить на основании двигательных расстройств, которые обычно наблюдаются у психотических больных. Нарушения переработки сенсорной информации, иммунные и эндокринные расстройства и увеличение желудочков мозга указывают на поражение гипоталамуса и таламуса. С помощью томографических методов и патологоанатомических исследований выявлено наличие у лиц с диагнозом «шизофрения» функциональных нарушений пирамидных клеток гиппокампа по сравнению со здоровыми людьми или контрольными лицами с психическими заболеваниями.
В других исследованиях мозга больных шизофренией, проведенных методом компьютерной томографии, отмечается атрофия коры (от 10 до 30% исследуемых). Точные контролируемые эксперименты обнаружили также атрофию червя мозжечка (в нем происходят дегенеративные изменения, которые свидетельствуют о поражении этой структуры), инверсию нормальной асимметрии мозга. Эти результаты являются объективным подтверждением гибели нейронов.
Показано, что структурные и функциональные изменения (например, в височных долях и в лимбических структурах) коррелируют с психопатологическими признаками, такими как преобладающая негативная симптоматика, трудности адаптации, более раннее начало психоза, более неблагоприятный прогноз, плохая непереносимость нейролептиков.
При шизофрении имеет место гиперактивность дофаминергических систем. Во многих посмертных исследованиях, посвященным нейромедиаторам, отмечается повышение количества D2-рецепторов (это подвид дофаминовых рецепторов) в базальных ганглиях и лимбической системе, особенно в амигдале, гиппокампе. Есть данные о повышении концентрации дофамина и его рецепторов в левой амигдале, о повышении концентрации норадреналина и его метаболитов.
Все эффективно действующие антипсихотические препараты связываются с дофаминовыми рецепторами. Интенсивность положительного влияния антипсихотических препаратов на проявления шизофрении обнаруживает высокую корреляцию с их способностью связываться с D2-рецепторами. Подтверждающим является также факт, что введение амфетамина вызывает обострение симптоматики у некоторых, хотя и не у всех больных шизофренией, а его хроническое потребление может вызывать психоз (амфетамин стимулирует высвобождение дофамина). Однако существует несколько возражений. Антагонисты дофамина эффективно влияют на все психозы, т.е. гиперактивность дофаминергических систем не является специфичной для шизофрении. Кроме того, для достижения максимального эффекта от лечения должно пройти много времени (6 недель).
Если говорить более точно, при шизофрении проиходит не просто увеличение активности дофаминергической системы мозга, а нарушение равновесия между дофаминовыми нейронами, тела которых расположены в среднем мозге, и локализованными в мозговой коре нервными клетками, содержащими глутамат. Нарушение этого равновесия может привести к образованию избытка дофамина, дефицита глутамата или же и к тому и другому эффекту одновременно. Уменьшение числа нейронов с глутаматом согласуется с наблюдаемой при шизофрении атрофией коры. Галлюциноген полихлоропрен блокирует рецепторы глутамата.
Изучение биохимического действия этих препаратов и соответствующие клинические исследования открывают перед современной медициной эру научно обоснованного назначения лекарственных препаратов. В частности, галоперидол был синтезирован учеными как блокатор дофаминовых рецепторов, который при этом слабо влияет на рецепторы других типов. Также был разработан флуоксетин, специфически подавляющий обратное поглощение серотонина, но очень мало влияющий на обратное поглощение других моноаминов.
Клозапин специфически взаимодействует с некоторыми дофаминовыми и серотониновыми рецепторами. Он может помочь при шизофрении в тех случаях, когда другие препараты не действуют.
Из пяти дофаминергических трактов, существующих в ЦНС, наиболее значимую роль при шизофрении играют мезокортикальный и мезолимбический тракты. Клеточные тела обоих этих трактов содержатся в черном веществе и в вентральной зоне покрышки. В исследованиях на животных показано, что длительное введение нейролептиков вызывает снижение скорости разрядов некоторых нейронов этих трактов.
У больных шизофренией исследованы почти все известные нейромедиаторы. Имеются данные о том, что при шизофрении повышена активность норадреналиновой системы.
Исследование ЭЭГ показывает, что у больных шизофренией чаще встречаются патологические элетроэнцефалограммы, повышена возбудимость при применении методов активации, уменьшена альфа-активность и увеличена тета- и дельта-активность, при этом имеет место преобладание левосторонней патологии. Исследования вызванных потенциалов в целом указывают на повышение амплитуды ранних компонентов и понижение амплитуды поздних компонентов. Эту разницу можно объяснить тем, что хотя больные шизофренией более чувствительны к сенсорной стимуляции, они менее способны к переработке информации на более высоких корковых уровнях.
Другие электрофизиологические методы включают исследование результатов от вживления глубинных электродов и количественный анализ ЭЭГ. В одном исследовании (вживление электродов в лимбическую систему) указывается, что у больных шизофренией обнаруживается спайковая активность, которая коррелирует с психотическим поведением.
Также изменение электроэнцефалографических и магниоэнцефалографических показателей у больных шизофренией по сравнению со здоровыми индивидами учитывается как ковариация психопатологических характерных признаков: их можно истолковать как выражение изменения «когнитивных» коррелятов этих электрических параметров мозга. Так, специфические изменения в фронтокортикальной области (которые находятся в тесной взаимосвязи с дисфункцией базальных ганглиев и медиальных частей височных долей) являются ковариацией специфических шизофренических симптомов.