U myší Downe Syndrom se světlo a zvuk zlepšuje poznání, neurogenezi a konektivitu

Studie rostoucího počtu laboratoří identifikovaly neurologické zdraví přínosů z vystavení lidských dobrovolníků nebo zvířecích modelů světlu, zvuku a/nebo taktilní stimulaci v mozkovém frekvenčním rytmu 40 Hz. V nejnovějším takovém výzkumu na Picower Institute for Learning and Memory a Alana Down Syndrome Center na MIT vědci zjistili, že senzorická stimulace 40 Hz zlepšila kognitivní a obvodové konektivitu a podporovala růst nových neuronů u myší geneticky vytvořených pro modelování syndromu downů.

Li-Huei Tsai, profesor Picower na MIT a vedoucí autor Nová studie v PLOS ONEuvedl, že výsledky jsou povzbudivé, ale také varují, že k testování, zda metoda, nazývaná rod (pro strhávání gama pomocí smyslové stimulace), by mohla poskytnout klinickým přínosům pro lidi s Downovým syndromem mnohem více práce. Její laboratoř začala a malá studie s lidskými dobrovolníky na MIT.

„I když tato práce poprvé ukazuje příznivé účinky rodu na Downův syndrom pomocí nedokonalého myšího modelu, musíme být opatrní, protože dosud nejsou údaje, zda to funguje také u lidí,“ řekl Tsai, který řídí institut Picower a Alana Center, a je členem mozku MIT a kognitivní vědy fakulty.

Přesto, řekla, nově publikovaný článek přidává důkazy, že rod může podporovat širokou restorativní „homeostatickou“ zdravotní reakci v mozku uprostřed široké škály patologií. Většina Studie rodu oslovili Alzheimerovu chorobu u lidí nebo myší, ale jiní našli výhody ze stimulace podmínek, jako jsou “chemo mozek„A mrtvice.

Výhody syndromu Downa

Ve studii výzkumný tým vedený postdoc MD Rezaul Islam a bývalý postgraduální student Brennan Jackson spolupracoval s běžně používaným modelem myšího syndromu „TS65DN“. Model rekapituluje klíčové aspekty poruchy, ačkoliv neodráží přesně lidský stav, který je způsoben přepravou další kopie chromozomu 21.

V první sadě experimentů v článku tým ukazuje, že hodinu denně 40 Hz světla a zvuková expozice po dobu tří týdnů byla spojena s významným zlepšením tří standardních krátkodobých paměťových testů-dva zahrnující odlišnost novosti od známosti a jeden zahrnující prostorovou navigaci.

Protože tyto druhy paměťových úkolů zahrnují oblast mozku zvanou hippocampus, vědci se tam podívali na nervovou aktivitu a změřili významné zvýšení indikátorů aktivity u myší, které získaly stimulaci rodu vs. ty, které ne.

Abychom lépe porozuměli tomu, jak by stimulované myši mohly vykazovat zlepšené poznání, vědci zkoumali, zda buňky v hippocampu změnily, jak exprimují své geny. Za tímto účelem tým použil techniku ​​zvanou sekvenování RNA s jedním buňkami, která poskytla odečet o tom, jak téměř 16 000 jednotlivých neuronů a jiných buněk přepsalo jejich DNA do RNA, což je klíčový krok v genové expresi.

Mnoho genů, jejichž exprese se nejvíce prominentně měnila v neuronech mezi myšími, které dostávaly stimulaci, a těmi, které nebyly přímo spojeny s formováním a organizováním spojení nervových obvodů nazývaných synapse.

Pro potvrzení významu tohoto zjištění vědci přímo zkoumali hippocampus u stimulovaných a kontrolních myší. Zjistili, že v kritickém subregionu Dentate gyrusStimulované myši měly výrazně více synapsí.

Potápění hlouběji

Tým nejen zkoumal expresi genu napříč jednotlivými buňkami, ale také analyzoval, že data pro posouzení, zda existují vzorce koordinace napříč více geny. Ve skutečnosti našli několik takových „modulů“ koexprese. Některé z těchto důkazů dále zdůvodnily myšlenku, že 40 Hz-stimulované myši provedly důležitá zlepšení v synaptické konektivitě, ale další klíčové zjištění zdůraznilo roli TCF4, klíčového regulátoru genové transkripce potřebné pro generování nových neuronů nebo „neurogeneze“.

Analýza genetických dat týmu naznačovala, že TCF4 je unerexprimován u myší Downového syndromu, ale vědci viděli zlepšenou expresi TCF4 u myší stimulovaných rodem. Když vědci šli na laboratorní lavici, aby určili, zda myši také vykazovaly rozdíl v neurogenezi, zjistili přímý důkaz, že stimulované myši vykazovaly více než u nestimulovaných myší v dentate gyrus.

Tato zvýšení exprese a neurogeneze TCF4 jsou pouze korelační, vědci poznamenali, ale předpokládají, že zvýšení nových neuronů pravděpodobně pomáhá vysvětlit alespoň některé zvýšení nových synapsí a zlepšenou krátkodobou paměťovou funkci.

„Zvýšené domnělé funkční synapse v gyrus dentate pravděpodobně souvisí se zvýšenou neurogenezí dospělých pozorovanou u myší Downova syndromu po léčbě rodu,“ řekl islám.

Tato studie je první, kdo dokumentuje, že rod je spojen se zvýšenou neurogenezí.

Analýza modulů genové exprese také přinesla další klíčové poznatky. Jedním z nich je, že shluk genů, jejichž exprese obvykle klesá s normálním stárnutím a u Alzheimerovy choroby, zůstal ve vyšších úrovních exprese u myší, které dostávaly senzorickou stimulaci 40 Hz.

A vědci také zjistili důkaz, že myši, které dostávaly stimulaci, si udržely více buněk v hippocampu, které exprimují reelin. Neurony exprimující reeliny jsou zvláště zranitelné u Alzheimerovy choroby, ale exprese proteinu je spojena s kognitivní odolností uprostřed patologie Alzheimerovy choroby, která se vyvíjí myši TS65DN. Asi 90% lidí s Downovým syndromem se rozvíjí Alzheimerova choroba, obvykle po věku 40 let.

„V této studii jsme zjistili, že rod zvyšuje procento RelN+ neuronů v hippocampu myšího modelu Downova syndromu, což naznačuje, že rod může podporovat kognitivní odolnost,“ řekl islám.

Spolu s dalšími studiemi Tsai a islám uvedli, že nové výsledky přispívají důkazem, že rod pomáhá stimulovat mozek na buněčné a molekulární úrovni, aby namontoval homeostatickou reakci na aberace způsobené patologií onemocnění, ať už je to neurodegenerace v Alzheimerově chorobě, demyelinizaci v chemo mozku nebo deficity neurogeneze v downovém syndromu.

Autoři však také varovali, že studie měla limity. Nejenže je model TS65DN nedokonalým odrazem lidského downového syndromu, ale také myši použity byli všichni muži. Kognitivní testy ve studii navíc měřily pouze krátkodobou paměť. A konečně, zatímco studie byla nová pro rozsáhlé zkoumání genová exprese V hippocampu uprostřed stimulace rodu se nedíval na změny v jiných kognitivně kritických mozkových oblastech, jako je prefrontální kůra.

V Anditi do Jacksona, islámu nebo Issa, ráno Maeesha Tasnimi, Brooche Scatz, Noah Shin Shin, Dog Murdock, Dhinka Shin. Fernandez, Ute Geenmaler, Rosoland z Firenze, Manolis Caltis a Calliz Manolis.