Поперечный срез мозга мыши с изображением интернейронов (выделены), выделяющих пептид VIP, который усиливает выведение токсинов.
Различные исследования показали, что мультисенсорная гамма-стимуляция (звуковая и визуальная) с частотой 40 герц может замедлить прогрессирование болезни Альцгеймера и улучшить когнитивные функции пациентов. Однако биомолекулярные механизмы, лежащие в основе этого процесса, до сих пор оставались малоизученными. Новое исследование показывает, что эти стимулы повышают текучесть и улучшают возможности глимфатической системы (детоксикационной сети мозга), помогая выводить токсичные белки, связанные с болезнью.
Когда мы концентрируемся или пытаемся вспомнить что-то, наши мозговые волны синхронизируются на частоте около 40 герц. В 2016 году исследователи из Института обучения и памяти Пиковера при Массачусетском технологическом институте (MIT) задались целью выяснить, может ли визуальная (или световая) или звуковая стимуляция на этой частоте улучшить познавательную деятельность у пациентов с болезнью Альцгеймера. В прошлом было показано, что сенсорные стимулы определенной частоты могут стимулировать мозговые волны.
Они обнаружили, что сенсорная стимуляция на частоте 40 герц (один час стимуляции в день) фактически способствует активности нейронов на той же частоте в нескольких областях мозга. Кроме того, стимулы, вызванные в ходе экспериментов, снижали уровень бета-амилоидных белков, характерных для болезни Альцгеймера. В частности, мультисенсорная стимуляция (звуковая и визуальная) на этой частоте снижала эту нагрузку во всей коре головного мозга.
Однако то, как происходит уничтожение бета-амилоидных белков в мозге, до сих пор оставалось малоизученным. «С тех пор как мы опубликовали первые результаты в 2016 году, люди спрашивали меня, как это работает«, — объясняет Ли-Хуэй Цай в пресс-релизе Института обучения и памяти Пиковера. Исследуя этот вопрос, Цай и ее команда пролили свет на до сих пор малоизученный путь детоксикации мозга.
Стимуляция неизученного пути детоксикации головного мозга
В своем новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature, команда Массачусетского технологического института изучила гипотезу о том, что гамма-мультисенсорная стимуляция (неинвазивная) устраняет амилоидные белки через глимфатическую систему. Глимфатическая система отвечает за выведение метаболических и токсических отходов из центральной нервной системы позвоночных.
В процессе глимфатического клиренса (способность ткани, органа или организма выводить определенное вещество из биологической жидкости) пульсация внутричерепных артерий переносит спинномозговую жидкость (СМЖ) по взаимосвязанной сети периваскулярных борозд, которые окружают капиллярные сосуды мозга. Водные каналы для аквапорина-4 (AQP4), расположенные на отростках астроцитов, способствуют обмену между СМЖ и интерстициальной жидкостью. Предыдущие исследования показали, что болезнь Альцгеймера изменяет глимфатический клиренс, снижая пульсацию артерий и текучесть водного обмена, что может привести к накоплению токсичных белков.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи использовали мышиные модели болезни Альцгеймера. Для воспроизведения результатов предыдущих исследований они вводили мультисенсорные симуляторы с частотой 40 Герц. Затем они наблюдали за корреляционными изменениями в жидкостях, циркулирующих через глимфатическую систему. Они обнаружили, что объемы СМЖ (в тканях мозга) и интерстициальной жидкости (выходящей из мозга) у леченых мышей увеличились по сравнению с контрольными (нелечеными). Также наблюдалось расширение лимфатических сосудов, отводящих эти жидкости. Это привело к накоплению амилоидных белков в лимфатических узлах головного мозга, которые фильтруют жидкость для удаления отработанных продуктов. Кроме того, у обработанных мышей наблюдалось увеличение пульсации артерий.
a. Верхний ряд: пример реконструкции лобной коры 6-месячных мышей с Альцгеймером при стимуляции на указанной частоте или без стимуляции. Нижний ряд: сигналы амилоида на основе плотных, нецентральных областей. б. Количественная оценка интенсивности сигнала от стимуляции в экспериментах, показанных на рисунке а (n = 10 (без стимуляции), 5 (8 Гц), 8 (40 Гц) и 4 (80 Гц)).
Чтобы полностью соблюсти параметры проверки гипотезы глимфатического клиренса, исследователи во втором эксперименте заблокировали функцию водных каналов APQ4 у мышей. После этой модификации они заметили, что сенсорная стимуляция не смогла ни уменьшить амилоидную нагрузку, ни улучшить обучение и память у мышей. При секвенировании РНК мышей, прошедших лечение, были обнаружены изменения, соответствующие повышению активности AQP4 в астроцитах.
«Пока у нас нет линейной карты точной последовательности происходящих событий, но результаты наших экспериментов подтверждают этот путь клиренса через основные глимфатические пути«, — объясняет соавтор исследования Митчелл Х. Мердок из Института Пиковера.
Высвобождение пептидов, необходимых для детоксикации
Данные секвенирования РНК также показали, что гамма-метод мультисенсорной стимуляции вызвал значительное увеличение производства нескольких пептидов подгруппой нейронов, известных как «интернейроны». По словам исследователей, это неудивительно, поскольку известно, что выделение пептидов синхронизировано с частотой мозговых волн. Однако особенно примечателен пептид VIP, который связывают с замедлением прогрессирования болезни Альцгеймера и регулированием кровотока и глимфатического клиренса.
Для дальнейшего изучения этих результатов исследователи проанализировали реакцию мышей, когда высвобождение VIP химически подавлялось. После воздействия на них гамма-стимуляторами они заметили, что ожидаемого увеличения пульсации артерий и клиренса амилоидного белка больше не происходит.
Команда также считает, что в этом процессе могут участвовать и другие пептиды (помимо VIP). Будущие исследования будут направлены на выявление этих пептидов, а также других потенциальных механизмов, связанных с эффективностью гамма-сенсорной стимуляции. Хотя глимфатический клиренс, выявленный в ходе исследования, происходит относительно быстро, лабораторные эксперименты показали, что для достижения улучшения когнитивных функций у пациентов требуется несколько месяцев стимуляции.
