Subtelne zmiany zidentyfikowane w mózgu osoby przed chorobą Alzheimera

Neurobiolodzy z Medical University of South Carolina (MUSC) donoszą w The Brain Connection Report Odkryli subtelne różnice w funkcjonowaniu mózgu u osób starszych z przedkliniczną postacią choroby Alzheimera (AD).

Dorośli z przedkliniczną postacią choroby Alzheimera doświadczają niektórych z pierwszych objawów choroby, takich jak gromadzenie się w mózgu białek amyloidu beta. Nie mają jednak zauważalnych objawów pogorszenia funkcji poznawczych.

„Korzystając z tych indywidualnych map funkcji mózgu, znaleźliśmy możliwą, opartą na mózgu przyczynę bardzo subtelnych zmian poznawczych na tym wczesnym etapie choroby”. Dr Andrea Benitez

Zespół badawczy kierowany dr Andrea BenitezI Fontanna Stephanie – Saragossa, Ph.D., wykorzystali nową technikę analizy obrazowania mózgu do stworzenia zindywidualizowanych map funkcji mózgu. Następnie przyjrzeli się, czy istnieją powiązania między subtelnymi zmianami w funkcjonowaniu mózgu a pogorszeniem zdolności poznawczych, ocenianych za pomocą testów behawioralnych. Takie podejście może poprawić zdolność badania przedklinicznego stadium choroby Alzheimera.

„Poprzednie badania nie wykazały związku między funkcją mózgu a zachowaniem w przedklinicznej chorobie Alzheimera” – powiedział Benitez. „Korzystając z tych indywidualnych map funkcji mózgu, znaleźliśmy możliwą, opartą na mózgu przyczynę bardzo subtelnych zmian poznawczych na tym wczesnym etapie choroby”.

Wykrywaj subtelne zmiany w funkcjonowaniu mózgu dzięki ulepszonemu mapowaniu mózgu

Badania nad przedklinicznym etapem choroby Alzheimera mogą pomóc nam zrozumieć, jak choroba się zaczyna i postępuje. Jednak wczesne zmiany w funkcjonowaniu mózgu są bardzo subtelne, co utrudnia ich badanie. Dzięki dofinansowaniu projektu pilotażowego z Instytut Badań Klinicznych i Translacyjnych Karoliny PołudniowejNaukowcy z MUSC wykorzystali nową formę mapowania mózgu, aby odkryć te subtelne efekty.

Badali aktywność mózgu za pomocą funkcjonalnej sieci neuronowej – rodzaju mapy mózgu, która mierzy, w jaki sposób różne regiony mózgu komunikują się ze sobą. Pomyśl o mózgu jak o dużym mieście, powiedział Fountain Zaragoza, z regionami mózgu skupionymi w dzielnicach połączonych autostradami. Funkcjonalne połączenie jest jak obserwowanie aktywności w tym mieście – jak daleko dzieje się w każdej dzielnicy i jak duży ruch przepływa między nimi.

Naukowcy polegali na nowszej, bardzo czułej formie analizy obrazu, aby oszacować, w jaki sposób biologia funkcjonuje u poszczególnych osób. Technika – Single Functional Neural Network – została opracowana przez ich współpracownika Hesheng Liu, Ph.D.

Tradycyjne funkcjonalne sieci neuronowe wykorzystują średnio mózgi kilku osób jako mapę funkcjonalnych obszarów mózgu. W przeciwieństwie do tego, metoda Liu może pokazać unikalne wzorce funkcjonowania mózgu każdej osoby.

„Wszyscy mamy te same funkcjonalne części naszego mózgu, ale są one w nieco innej pozycji, jak odcisk palca” – powiedział Fountain-Zaragoza. „Ta metoda tworzy indywidualny odcisk mózgu, który dokładniej odzwierciedla lokalizację różnych obszarów funkcjonalnych w mózgu każdej osoby”.

Połącz subtelne zmiany w funkcjonowaniu mózgu z zachowaniem

Naukowcy wykorzystali tę nową technikę drukowania mózgu, aby szukać subtelnych zmian w funkcjonowaniu mózgu u 149 uczestników w wieku od 45 do 85 lat bez oznak pogorszenia funkcji poznawczych. Wszyscy uczestnicy przeszli pozytronową tomografię emisyjną mózgów i zostali podzieleni na dwie grupy – tych, u których badanie PET wykazało wczesną akumulację amyloidu-beta i bez niego. Uczestnicy przeszli również skany MRI, które wykorzystano do wygenerowania odcisków palców mózgu.

„Ta metoda tworzy indywidualny odcisk mózgu, który dokładniej odzwierciedla położenie różnych obszarów funkcjonalnych w mózgu każdej osoby”. – Dr. Fontanna Stephanie – Saragossa

Następnie naukowcy sprawdzili, jak dobrze uczestnicy w każdej grupie radzili sobie w behawioralnych testach przetwarzania informacji. Odkryli, że niektóre zmiany w imprintingu mózgu były związane z gorszym przetwarzaniem informacji u uczestników z nagromadzeniem amyloidu beta lub przedkliniczną chorobą Alzheimera.

U uczestników z przedkliniczną chorobą Alzheimera przetwarzanie informacji było gorsze u tych, którzy mieli większą niż zwykle łączność między sieciami lub bardzo wysoką aktywność autostrad mózgowych. Z kolei przetwarzanie informacji było lepsze u tych, którzy mieli lepszą łączność w sieci lub większą aktywność mózgu w ważnych obszarach mózgu.

„Zdrowy mózg normalnie ma równowagę połączeń w ramach swoich sieci i między nimi” – powiedział Fountain-Zaragoza. „Odkryliśmy, że w przedklinicznej chorobie Alzheimera – gdy w mózgu gromadzi się amyloid – równowaga ta może zostać zakłócona, co może prowadzić do niewydajnego przetwarzania informacji”.

Czego nauczyło nas badanie

Badanie pokazuje, że poszczególne sieci funkcjonalne mogą wykrywać subtelne różnice w funkcjonowaniu mózgu, których nie dostrzegają inne tradycyjne techniki analizy obrazowania mózgu.

Sugeruje to również, że wczesne etapy gromadzenia się amyloidu-beta mogą wpływać na funkcje sieci mózgowych, nawet zanim objawy pogorszenia funkcji poznawczych staną się zauważalne.

Wreszcie ujawnia, że ​​zmiany w łączności w obrębie określonych sieci mózgowych i między nimi mogą wskazywać na wczesne problemy z przetwarzaniem informacji. Ta nierównowaga w komunikacji może być dobrym celem dla terapii poprawiających wyniki pacjentów z chorobą Alzheimera.

następne kroki

Dzięki odnowionemu dofinansowaniu z National Institute on Aging, Benitez i Fountain Zaragoza planują kontynuować pracę w przedklinicznej. Mają nadzieję skupić się bardziej na tym, jak zmiany w mózgu wpływają na postęp choroby, a także zbadać nowe terapie, takie jak stymulacja mózgu, które mogą pomóc ją spowolnić.

„Trwa wiele niesamowitych prac, które pomogą nam zrozumieć wczesne oznaki i objawy choroby Alzheimera” – powiedział Fountain-Zaragoza. „Ten obszar pracy jest ważny dla zrozumienia pełnego zakresu choroby i określenia, kto może być narażony na jej zarażenie”.

odniesienie: Fountain-Zaragoza S, Liu H, Benitez A. Związane z funkcjami poznawczymi zmiany sieci funkcjonalnej w przedklinicznej chorobie Alzheimera. Podłącz mózg. DOI 2023: 10.1089/mózg.2022.0032

Ten artykuł został ponownie opublikowany z następującego Materiał. Uwaga: artykuł mógł zostać zredagowany pod względem długości i treści. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się ze wspomnianym zasobem.