การศึกษาใหม่ของ MIT พบว่าโรคอัลไซเมอร์รบกวนรูปแบบหน่วยความจำภาพอย่างน้อยหนึ่งรูปแบบโดยการย่อยสลายวงจรที่ระบุใหม่ซึ่งเชื่อมต่อศูนย์ประมวลผลการมองเห็นของสมองซีกแต่ละซีก
ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในNeuronโดยทีมวิจัยจากสถาบัน Picower Institute for Learning and Memory มาจากการทดลองในหนู แต่ให้พื้นฐานทางสรีรวิทยาและกลไกสำหรับการสังเกตผู้ป่วยในมนุษย์ก่อนหน้านี้: ระดับของจังหวะการซิงโครไนซ์ของสมองลดลง ระหว่างภูมิภาคคู่กันในแต่ละซีกโลกสัมพันธ์กับความรุนแรงทางคลินิกของภาวะสมองเสื่อม
“เราแสดงให้เห็นว่ามีวงจรการทำงานที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้” Chinnakkaruppan Adaikkan ซึ่งเป็นอดีตสถาบัน Picower Institute postdoc ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในศูนย์วิจัยสมองที่สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งอินเดีย (IISc) ในบังกาลอร์กล่าว . “ในทางใดทางหนึ่ง เราได้ค้นพบชีววิทยาพื้นฐานที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน”
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลงานของ Adaikkan ระบุเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อเยื่อหุ้มสมองมองเห็นหลัก (V1) ของแต่ละซีกโลก และแสดงให้เห็นว่าเมื่อเซลล์ถูกรบกวน ไม่ว่าจะโดยการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่จำลองโรคอัลไซเมอร์หรือโดยการรบกวนในห้องปฏิบัติการโดยตรง การประสานจังหวะของสมองจะลดลงและหนูก็มีความสำคัญ ไม่สามารถสังเกตได้เมื่อมีรูปแบบใหม่ปรากฏขึ้นบนผนังในเปลือกหุ้ม การรับรู้ถึงความแปลกใหม่ดังกล่าว ซึ่งต้องใช้ภาพจำของสิ่งที่มีในวันก่อน เป็นความสามารถที่มักถูกรบกวนในโรคอัลไซเมอร์
Li-Huei Tsai ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษา ศาสตราจารย์ Picower และผู้อำนวยการสถาบัน Picower และ MIT’s Aging Brain Initiative กล่าวว่า “การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงการแพร่กระจายของจังหวะแกมมาในสมองซีกโลกผ่านการเชื่อมต่อซีกโลกไขว้ “นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการหยุดชะงักของวงจรนี้ในโมเดลเมาส์ AD มีความเกี่ยวข้องกับการขาดดุลพฤติกรรมที่เฉพาะเจาะจง”
ในการศึกษานี้ Adaikkan, Tsai, Thomas McHugh และผู้ร่วมวิจัยได้ค้นพบและติดตามเซลล์ประสาท V1 ที่ขยายแอกซอนไปตลอดทางผ่าน corpus callosum ซึ่งเชื่อมต่อซีกโลกของสมองกับเซลล์ใน V1 ที่อีกฟากหนึ่งของสมอง พวกเขาพบว่าเซลล์ประสาทข้ามซีกโลก (CH) ปลอมแปลงการเชื่อมต่อหรือไซแนปส์กับเซลล์เป้าหมายโดยให้การกระตุ้น “กระตุ้น” เพื่อขับเคลื่อนกิจกรรมของพวกเขา Adaikkan ยังพบว่าเซลล์ประสาท CH มีแนวโน้มที่จะถูกกระตุ้นโดยงานการเลือกปฏิบัติที่แปลกใหม่มากกว่าเซลล์ประสาท V1 โดยทั่วไปหรือเซลล์ประสาทในภูมิภาคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องอย่างมากในหน่วยความจำเช่นฮิบโปแคมปัสหรือเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า
ด้วยความสงสัยว่าสิ่งนี้อาจแตกต่างกันในโรคอัลไซเมอร์อย่างไร ทีมงานได้ศึกษากิจกรรมของเซลล์ในเมาส์รุ่นอัลไซเมอร์สองแบบที่แตกต่างกัน พบว่ากิจกรรมของเซลล์ CH ลดลงอย่างมีนัยสำคัญท่ามกลางโรค ไม่น่าแปลกใจเลยที่หนูอัลไซเมอร์มีอาการแย่ลงมากในการเลือกปฏิบัติที่แปลกใหม่
ทีมตรวจสอบเซลล์ CH อย่างใกล้ชิดและพบว่าพวกเขารวบรวมข้อมูลขาเข้าจากเซลล์อื่น ๆ ภายใน V1 และภูมิภาคอื่น ๆ ในซีกโลกที่ประมวลผลข้อมูลภาพ เมื่อพวกเขาเปรียบเทียบการเชื่อมต่อขาเข้าของเซลล์ประสาท CH ที่มีสุขภาพดีกับเซลล์ CH ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ พวกเขาพบว่าเซลล์ในสภาวะของโรคมีโครงสร้างพื้นฐานน้อยกว่าอย่างมีนัยสำคัญสำหรับการเชื่อมต่อขาเข้า (วัดในแง่ของกระดูกสันหลังที่โฮสต์ไซแนปส์ที่ยื่นออกมาจากเถาวัลย์ เดนไดรต์ที่แผ่ออกจากร่างกาย)
จากการสังเกตที่สัมพันธ์กับจังหวะการเต้นของสมองที่ลดลงและประสิทธิภาพของหน่วยความจำในโรคอัลไซเมอร์ ทีมงานจึงสงสัยว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นในหนูด้วยหรือไม่ เพื่อหาคำตอบ พวกเขาออกแบบอิเล็กโทรดที่ออกแบบเองเพื่อวัดกิจกรรมจังหวะพร้อมกันในชั้นเยื่อหุ้มสมองทุกชั้นของ V1 ของแต่ละซีกโลก พวกเขาสังเกตเห็นว่าการซิงโครไนซ์ข้ามซีกโลกเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดระหว่าง V1s เมื่อหนูมีส่วนร่วมในการเลือกปฏิบัติที่แปลกใหม่ แต่การซิงโครไนซ์ทั้งที่จังหวะ “แกมมา” สูงและ “ทีต้า” ที่ต่ำกว่านั้นต่ำกว่าในหนูที่เป็นโรคอัลไซเมอร์อย่างมีนัยสำคัญมากกว่าในหนูที่มีสุขภาพดี .
หลักฐานของ Adaikkan ณ จุดนั้นแข็งแกร่ง แต่ยังคงเป็นเพียงการชี้นำว่าเซลล์ประสาท CH ให้วิธีการที่บริเวณ V1 ในแต่ละด้านของสมองสามารถประสานกันเพื่อเปิดใช้งานการเลือกปฏิบัติที่แปลกใหม่ และความสามารถนี้ถูกทำลายโดยการสลายตัวของเซลล์ CH ของอัลไซเมอร์ ‘ การเชื่อมต่อ เพื่อตรวจสอบโดยตรงมากขึ้นว่าวงจร CH มีบทบาทที่เป็นสาเหตุและเป็นผลสืบเนื่องดังกล่าวหรือไม่ ทีมงานได้เข้าแทรกแซงโดยตรงเพื่อขัดขวางพวกเขา โดยทดสอบว่าผลกระทบที่กำหนดเป้าหมายไว้นั้นมีผลกระทบอย่างไร
พวกเขาพบว่าการยับยั้งเซลล์ CH ทางเคมีขัดขวางการซิงโครไนซ์จังหวะระหว่าง V1 ซึ่งเป็นมาตรการสะท้อนที่ทำขึ้นในหนูทดลองของอัลไซเมอร์ นอกจากนี้ การทำลายกิจกรรม CH ได้บ่อนทำลายความสามารถในการเลือกปฏิบัติที่แปลกใหม่ เพื่อทดสอบเพิ่มเติมว่ามันเป็นลักษณะข้ามซีกโลกที่มีความสำคัญโดยเฉพาะหรือไม่ พวกเขาได้ออกแบบเซลล์ CH ให้สามารถควบคุมได้ด้วยแสงวาบ (เทคโนโลยีที่เรียกว่า “ออปโตเจเนติกส์”) เมื่อพวกเขาส่องแสงบนการเชื่อมต่อ พวกเขาปลอมแปลงในซีกโลกอื่นเพื่อยับยั้งสิ่งเหล่านั้น พวกเขาพบว่าการทำเช่นนี้อีกครั้งทำให้ความสามารถในการเลือกปฏิบัติทางสายตาลดลง
ผลการศึกษาทั้งหมดแสดงให้เห็นว่าเซลล์ CH ใน V1 เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทในพื้นที่คู่กันของซีกโลกตรงข้ามเพื่อซิงโครไนซ์กิจกรรมของระบบประสาทที่จำเป็นสำหรับการรับรู้ความแปลกใหม่อย่างเหมาะสม แต่โรคอัลไซเมอร์ทำลายความสามารถในการทำงานนั้น
Adaikkan กล่าวว่าเขาอยากรู้ที่จะพิจารณาความเชื่อมโยงข้ามซีกโลกที่อาจเกิดขึ้นอื่น ๆ และอาจได้รับผลกระทบอย่างไรในโรคอัลไซเมอร์ด้วย เขาบอกว่าเขายังต้องการศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นกับการซิงโครไนซ์ที่ความถี่จังหวะอื่นๆ
นอกจาก Adaikkan, Tsai และ McHugh แล้ว ผู้เขียนคนอื่นๆ ในการศึกษานี้ ได้แก่ Jun Wang, Karim Abdelall, Steven Middleton, Lorenzo Bozzelli และ Ian Wickersham
มูลนิธิ JPB สถาบันสุขภาพแห่งชาติ และมูลนิธิ Robert A. และ Renee E. Belfer ได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษา
