Sensorisk stimulering stärker minnet vid Downs syndrom
Sensorisk stimulering stärker minnet och hjärntillväxt vid Downs syndrom
Studier av ett växande antal laboratorier har identifierat neurologiska hälsofördelar med att exponera mänskliga volontärer eller djurmodeller för ljus, ljud och/ eller taktil stimulering vid hjärnans "gamma"-frekvensrytm på 40Hz.
I den senaste forskningen av detta slag vid The Picower Institute for Learning and Memory och Alana Down Syndrome Center vit MIT fann forskare att 40Hz sensorisk stimulering förbättrade kognition och kretsförbindelser och uppmuntrade tillväxten av nya neuroner hos möss är genetisk modifierade för att modellera Downs syndrom.
Hennes laboratorium har inlett en liten studie med mänskliga volontärer vid MIT.
"Även om detta arbete för första gången visar gynnsamma effekter av GENUS på Downs syndrom med hjälp av en ofullkomlig musmodell, måste vi vara försiktiga eftersom det ännu inte finns data som visar om detta även fungerar på människor", säger Tsai, som leder the The Picower Institute och The Alana Center, och är medlem i MIT:s fakultet för hjärn- och kognitionsvetenskap.
Ändå, sa hon, lägger den nyligen publicerade artikeln till bevis för att GENUS kan främja ett, återställande, "homeostatiskt" hälsosvar i hjärnan mitt i en mängd olika patologier.
De flesta GENUS-studier har behandlat Alzheimers sjukdom os människor och möss, men andra har funnit fördelar med stimuleringen för tillstånd som hjärndimma och stroke.
I studien arbetade forskargruppen, lett av postdoktorn Dr. Rezal Islam och den tidigare doktoranden Brennan Jacksom, med den vanligt förekommande musmodellen "Ts65Dn" för Downs syndrom.
Modellen sammanfattar viktiga aspekter av sjukdomen, även om den inte exakt speglar det mänskliga tillståndet, vilket orsakas av att man bär på en extra kopia av kromoson 21.
I den första uppsättningen experiment i artikeln visar teamet att en timmes exponering för ljud och ljus vid 40Hz om dagen i tre veckor var förknippade med signifikanta förbättringar på tre standardtester för korttidsminne - två som involverade att skilja mellan nyhet och förtrogenhet och ett som involverade spatial navigation.
Eftersom den här typen av minnesuppgifter involverar en hjärnregion som kallas hippocampus, tittade forskarna på neural aktivitet där och mätte en signifikant ökning av aktivitetsindikatorer bland möss som fick GENUS-stimulering jämfört med de som inte fick det.
För att bättre förstå hur stimulerade möss kunde visa förbättrad kognition undersökte forskarna om celler i hippocampus förändrade hur de uttryckte sina gener.
För att göra detta använde teamet en teknik som kallas RNA-sekvensering av enskilda celler, vilket gav en avläsning av hur nästan 16 000 individuella neuroner och andra celler transkriberade sitt DNA till RNA, ett viktigt genuttryck.
Många av de gener vars uttryck varierade mest framträdande i neuroner mellan de möss som fick stimulering och de som inte fock det var direkt relaterade till att bilda och organisera neurala kretskopplingar som kallas synapser.
För att bekräfta betydelsen av detta fynd undersökte forskarna direkt hippocampus hos stimulerade möss och kontrollmöss. De fann att i en kritisk subregion, dentate gyrus, hade stimulerade möss signifikant fler synapser.
Teamet undersökte inte bara genuttryck över enskilda celler, utan analyserade också dessa data för att bedöma om det fanns koordinationsmönster över flera gener. De fann faktiskt flera sådana "moduler" av samuttryck.
En del av dessa bevis bekräftade ytterligare idén att 40Hz-stimulerade möss gjorde viktiga förbättringar i synaptisk konnektivitet, men ett annat viktigt fynd belyste en roll för TCF4, en viktig regulator av gentranskription som behövs för att generera nya neuroner, eller "neurogenes".
Teamets analys av genetiska data antydde att TCF4 är undertryckt hos möss med Downs syndrom, men forskarna såg förbättrat TCF4-uttryck hos GENUS-stimulerade möss.
När forskarna gick till laboratoriet för att avgöra om mössen också uppvisade en skillnad i neurogenes, fann de direkta bevis för att stimulerade möss uppvisade mer än ostimulerade möss i gyrus dentatus.
Dessa ökningar av TCF4-uttryck och neurogenes är endast korrelationella, noterade forskarna, med de antar att ökningen av nya neuroner sannolikt hjälper till att förklara åtminstone en del av ökningen av nya synapser och förbättrad korttidsminnesfunktion.
"De ökade förmodade funktionella synapserna i gyrus dentatus är sannolikt relaterade till den ökade neurogenesen hos vuxna som observerats hos möss med Downs syndrom efter GENUS-behandling", sa Islam.
Denna studie är den första som dokumenterar att GENUS är associerat med ökad neurogenes.
Analysen av genuttrycksmodeller gav också andra viktiga insikter. En är att ett kluster av gener vars uttryck vanligtvis minskar med normalt åldrande och vid Alzheimers sjukdom, förblev på högre uttrycksnivåer bland möss som fick 40Hz sensorisk stimulering.
Ock forskarna fann också bevis för att möss som fick stimulering behöll fler celler i hippocampus som uttrycker Reelin. Reelin-uttryckande neuroner är särskilt sårbara vid Alzheimers sjukdom, men ett uttryck av proteinet är associerat med kognitiv motståndskraft mitt i Alzheimers sjukdomspatologi, som Ts6Dn-möss utvecklar. Cirka 90 procent av personer med Downs syndrom utvecklar Alzheimers sjukdom, vanligtvis efter 40 års ålder.
"I denna studie fann vi att GENUS ökar andelen Reelin neuroner i hippocampus hos en musmodell av Downs syndrom, vilket tyder på att GENUS kan främja kognitiv motståndskraft", sa Islam.
Tillsammans med andra studier, Tsai och Islam, lägger de nya resultaten till bevis för att GENUS hjälper till att stimulera hjärnan på cellulär och molekylär nivå för att skapa homeostatiskt svar på avvikelser orsakade av sjukdomspatologi, vare sig det gäller neurodegeneration vid Alzheimers sjukdom, demyelinisering i hjärnan vid hjärndimma eller neurogenesbrist vid Downs syndrom.
Men författarna varnade också för att studien hade sina begränsningar. Inte bar Ts65Dn-modellen en ofullkomlig återspegling av mänsklig Downs syndrom, utan även de använda mössen var alla hanar. Dessutom mätte de kognitiva testerna i studien endast korttidsminne.
Och slutligen, även om studien var ny för att den omfattande undersökte genuttryck i hippocampus under GENUS-stimulering, tittade den inte på förändringar i andra kognitivt kritiska hjärnregioner såsom prefrontala cortex.
Kommentarer
Skicka en kommentar