Badania przez rosnącą liczbę laboratoriów zidentyfikowały neurologiczne korzyści zdrowotne z narażania ludzkich wolontariuszy lub modeli zwierzęcych na światło, dźwięk i/lub dotykową stymulację w rytmie częstotliwości „gamma” w mózgu 40 Hz. W najnowszych takich badaniach w Picower Institute for Learning and Memory i Alana Down Centre w MIT, naukowcy stwierdzili, że stymulacja sensoryczna 40 Hz poprawiła łączność poznawczą i obwodową i zachęcała do wzrostu nowych neuronów u myszy genetycznie zaprojektowanych w celu modelowania zespołu Downa.
Li-Huei Tsai, profesor Picower w MIT i starszy autor The New Study in PLOS One, powiedział, że wyniki są zachęcające, ale ostrzegły również, że potrzebna jest znacznie więcej pracy, aby sprawdzić, czy metoda, zwana typem gamma (porywanie gamma przy użyciu stymulacji sensorycznej), może zapewnić korzyści kliniczne dla osób z zespołem Down. Jej laboratorium rozpoczęło niewielkie badanie z ludzkimi wolontariuszami w MIT.
„Chociaż praca ta, po raz pierwszy, wykazuje korzystny wpływ rodzaju na zespół Downa przy użyciu niedoskonałego modelu myszy, musimy być ostrożni, ponieważ nie ma jeszcze danych pokazujących, czy to również u ludzi”, powiedział Tsai, który kieruje Instytutem Picower i Centrum Alana, i jest członkiem MIT Brain i Sieci Lenity Sieci.
Mimo to, powiedziała, nowo opublikowany artykuł dodaje dowody, że rodzaj może promować szeroko zakrojoną, „homeostatyczną” reakcję zdrowotną w mózgu w szerokim zakresie patologii. Większość badań rodzaju zajęła się chorobą Alzheimera u ludzi lub myszy, ale inni stwierdzili korzyści z stymulacji dla stanów takich jak „mózg chemii” i udar.
Korzyści z zespołu Downa
W badaniu zespół badawczy prowadzony przez MD MD Rezaul Islam i były student Brennan Jackson pracował z powszechnie używanym modelem myszy zespołu Downa „TS65DN”. Model podsumowuje kluczowe aspekty zaburzenia, choć nie odzwierciedla ludzkiej kondycji, która jest spowodowana noszeniem dodatkowej kopii chromosomu 21.
W pierwszym zestawie eksperymentów w gazecie zespół pokazuje, że godzinę dziennie światła i dźwięku 40 Hz przez trzy tygodnie wiązała się ze znaczącą poprawą trzech standardowych testów pamięci krótkotrwałej-dwóch obejmujących odróżnienie nowości od znajomości i jednej z nawigacji przestrzennej. Ponieważ tego rodzaju zadania pamięci obejmują region mózgu zwany hipokampem, naukowcy przyjrzeli się tam aktywności nerwowej i zmierzyli znaczny wzrost wskaźników aktywności wśród myszy, które otrzymały stymulację rodzaju w porównaniu z tymi, które nie.
Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób stymulowane myszy mogą wykazywać lepsze poznanie, naukowcy zbadali, czy komórki w hipokampie zmieniły sposób wyrażania swoich genów. Aby to zrobić, zespół zastosował technikę zwaną sekwencjonowaniem RNA jednokomórkowej, która zapewniła odczyt, w jaki sposób prawie 16 000 poszczególnych neuronów i innych komórek transkrybowało ich DNA do RNA, co stanowi kluczowy krok w ekspresji genów. Wiele genów, których ekspresja była najbardziej widoczna w neuronach między myszami, które otrzymały stymulację, a tymi, które nie były bezpośrednio związane z formowaniem i organizowaniem połączeń obwodów nerwowych zwanych synapsami.
Aby potwierdzić znaczenie tego odkrycia, naukowcy bezpośrednio zbadali hipokamp u myszy stymulowanych i kontrolnych. Odkryli, że w krytycznym podregionie zakręt zębatowy, stymulowane myszy miały znacznie więcej synaps.
Nurkowanie głębiej
Zespół nie tylko zbadał ekspresję genów w poszczególnych komórkach, ale także przeanalizował te dane w celu oceny, czy istnieją wzorce koordynacji w wielu genach. Rzeczywiście znaleźli kilka takich „modułów” koekspresji. Niektóre z tych dowodów uzasadniały pomysł, że myszy stymulowane przez 40 Hz wprowadziły istotną poprawę łączności synaptycznej, ale kolejne kluczowe odkrycie podkreśliło rolę TCF4, kluczowego regulatora transkrypcji genów potrzebnych do generowania nowych neuronów lub „neurogenezy”.
Analiza zespołu danych genetycznych sugerowała, że TCF4 jest niedoświetlony u myszy Downa, ale naukowcy zauważyli ekspresję TCF4 u myszy stymulowanych przez rodzaj. Kiedy naukowcy poszli na ławkę laboratoryjną, aby ustalić, czy myszy wykazywały również różnicę w neurogenezie, znaleźli bezpośrednie dowody, że stymulowane myszy wykazywały więcej niż niestymulowane myszy w zakręcie zębatym. Naukowcy zauważyli, że wzrost ekspresji TCF4 i neurogenezy są tylko korelacyjne, ale hipotezują, że wzrost nowych neuronów prawdopodobnie pomaga wyjaśnić przynajmniej część wzrostu nowych synaps i ulepszoną funkcję pamięci krótkoterminowej.
„Zwiększone przypuszczalne synapsy funkcjonalne w zakręcie zębatym jest prawdopodobnie związane ze zwiększoną neurogenezą dorosłą obserwowaną u myszy z zespołu Downa po leczeniu rodzaju”, powiedział Islam.
To badanie jest pierwszym, które dokumentują, że rodzaj wiąże się ze zwiększoną neurogenezą.
Analiza modułów ekspresji genów również dała inne kluczowe spostrzeżenia. Jednym z nich jest to, że klaster genów, których ekspresja zwykle spada z normalnym starzeniem się i chorobą Alzheimera, pozostawała na wyższych poziomach ekspresji wśród myszy, które otrzymały stymulację czuciową 40 Hz.
Naukowcy znaleźli również dowody, że myszy, które otrzymały stymulację, zachowały więcej komórek w hipokampie, które wyrażają Reelin. Neurony wyrażające Reelin są szczególnie wrażliwe w chorobie Alzheimera, ale ekspresja białka wiąże się z odpornością poznawczą wśród patologii choroby Alzheimera, która rozwija myszy TS65DN. Około 90 procent osób z zespołem Downa rozwija chorobę Alzheimera, zwykle po 40 roku życia.
„W tym badaniu stwierdziliśmy, że rodzaj zwiększa odsetek neuronów Reln+ w hipokampie mysiego modelu zespołu Downa, co sugeruje, że rodzaj może promować odporność poznawczą”, powiedział Islam.
W połączeniu z innymi badaniami Tsai i Islam powiedział, że nowe wyniki dodają dowodów, że rodzaj pomaga stymulować mózg na poziomie komórkowym i molekularnym w celu montażu homeostatycznej odpowiedzi na aberracje spowodowane patologią choroby, czy to neurodegenerację u Alzheimera, demielinizację w mózgu chemicznym, czy też deficyty neurogenezy w zespole obniżenia.
Ale autorzy ostrzegali również, że badanie ma granice. Model TS65DN jest nie tylko niedoskonałym odbiciem zespołu człowieka Downa, ale także zastosowane myszy były mężczyznami. Ponadto testy poznawcze w badaniu mierzyły tylko pamięć krótkoterminową. I wreszcie, chociaż badanie było nowe w celu szeroko rozpatrywanego ekspresji genów w hipokampie pośród stymulacji rodzaju, nie patrzyło na zmiany w innych krytycznych obszarach mózgu, takich jak kora przedczołowa.
W Anditi do Jacksona, islamu lub Issa, rano Maeesha Tasnimi, broszki Scatz, Noah Shin Shin, Dog Murdock, Dhinka Shin. Fernandez, Ute Geenmaler, Rosoland z Firenze, Manolis Caltis i Calliz Manolis.
Finansowanie badań pochodziło z Centrum Zespół Alana Downa w MIT i Alana USA Foundation, National Science Foundation, Fundacji Bankowości „La Caixa”, długoterminowej stypendium podoktoranckiej Embo, Barbara J. Weedon, Henry E. Singleton i Hubolow Family.