И наоборот, непрерывная глубокая стимуляция мозга, подобная той, которая используется при болезни Паркинсона и в настоящее время изучается на людях с болезнью Альцгеймера, ухудшает память, согласно результатам исследования на взрослых приматах, не относящихся к человеку, опубликованным в журнале Current Biology.С помощью периодической стимуляции, которая в настоящее время не используется ни в каких приложениях для мозга пациентов, обезьяны могли запоминать вещи в пять раз дольше в стандартном тесте рабочей памяти.
«Это превращает обезьяну из среднего класса в лучшую в своем классе», — говорит доктор Дэвид Т. Блейк, нейробиолог кафедры неврологии Медицинского колледжа Джорджии Университета Огаста. «Обезьяна, которая плохо справляется со своими обязанностями, становится средней из стаи после двух-трех месяцев такой стимуляции».В новых исследованиях ученые использовали технику введения в мозг электродов толщиной с волос, чтобы доставить электричество и увеличить активность базального ядра Мейнерта, небольшой области в переднем мозге, которая необъяснимо дегенерирует как при болезни Паркинсона, так и при болезни Альцгеймера.«Естественная реакция многих систем мозга на непрерывный ввод — начать игнорировать ввод», — говорит Блейк.
Фактически, постоянная стимуляция в других областях, таких как бледный шар, приносит желаемый клинический эффект, такой как уменьшение тремора при болезни Паркинсона.«В случае болезни Паркинсона глубокая стимуляция мозга эффективно подавляет регуляцию этой части мозга», — говорит Блейк, автор исследования. «Вместо этого мы хотели активизировать регулирование в определенной области».Их цель заключалась в том, чтобы сделать больше доступного в регионе химического посредника ацетилхолина. Базальное ядро ??имеет большую концентрацию нейронов, которые связаны с областями мозга, критическими для памяти и познания, и в здоровых условиях имеют готовый запас ацетилхолина, который обеспечивает важную связь между ними.
С возрастом уровень ацетилхолина в мозге естественным образом снижается, но болезнь Альцгеймера вызывает драматический эффект умножения, который переводит нас от забывчивости на другой уровень, — говорит доктор Элвин В. Терри, председатель отделения фармакологии и токсикологии MCG и исследования. соавтор.Они начали с непрерывной стимуляции, как и клинические подходы, и увидели неожиданное снижение производительности. Не менее удивительно то, что они обнаружили, что периодическая стимуляция приводит к более доступному ацетилхолину в регионе и лучшей производительности.
Фактически, использование ингибитора холинэстеразы донепезила восстанавливало память у животных, которые получали постоянную стимуляцию, но не оказывало влияния на тех, чья память уже была усилена периодической стимуляцией.«Обычно нейроны не срабатывают непрерывно», — отмечает Терри. «Они пульсируют, если хотите».Шестьдесят импульсов в секунду в течение 20 секунд с последующим 40-секундным интервалом без стимуляции обеспечили оптимальное преимущество в исследовании.
Ученые подозревают, что эффект был результатом воздействия повышенного уровня ацетилхолина непосредственно на нейроны и поддерживающие их клетки в этой области. Однако это также может быть результатом небольшого увеличения притока крови к области мозга, пишут они.
Известно, что ингибиторы холинэстеразы, лекарства, используемые для лечения болезни Альцгеймера, увеличивают приток крови к мозгу примерно на 10-15 процентов у людей. Кровоток обычно снижается при болезни Альцгеймера.Команда MCG подала заявку на грант для начала клинических испытаний при ранней стадии болезни Альцгеймера, используя свои новые доказательства преимуществ прерывистой пульсации.
Они отмечают, что различные области мозга и модели стимуляции в настоящее время изучаются в ходе клинических испытаний в Соединенных Штатах и ??Европе.Взрослые, но не пожилые обезьяны в текущем исследовании уже участвовали в исследовании, чтобы определить, может ли стимуляция улучшить осязание, которое также уменьшается с возрастом.
Ученые поняли, что при стимуляции обезьяны могут обнаруживать прикосновения пальцами практически в 100% случаев по сравнению с примерно 60% без него.Таким образом, они также использовали классическую задачу рабочей памяти, в которой цветной квадратный сигнал появляется, затем исчезает, затем следует задержка, а затем выбор между квадратом цвета сигнала и квадратом дистрактора. Обезьяны получают награду в виде еды за совпадение реплик.
«Были все основания полагать, что мы найдем то, что нашли, если действительно сможем повысить уровень ацетилхолина, и переход с непрерывной стимуляции на прерывистую был шагом, необходимым для этого», — говорит Блейк.Фактически, после месяцев периодической стимуляции обезьяны стали более искусными в тесте памяти даже без стимуляции.Хотя это кажется более хорошей новостью, причина стойкого эффекта не ясна на 100%: возможно, клетки мозга устанавливают больше связей, может быть больше ацетилхолина высвобождается, это может быть и то, и другое, отмечают ученые.«Есть два основных класса эффектов, которые ацетилхолин оказывает на центральную нервную систему», — говорит Блейк. «Это меняет способ взаимодействия нейронов друг с другом.
Это заставляет некоторые нейроны становиться более активными, а некоторые — менее активными. Второй класс эффектов заключается в том, что он улучшает кровоток», — говорит он. Больше крови означает, что в мозг поступает больше глюкозы и жизненно необходимого кислорода, поэтому неудивительно, что мозг со временем становится здоровее с этими увеличенными активами, говорит Блейк. «Идея в том, что это будет иметь более длительный эффект», — добавляет Терри.
Глубокая стимуляция мозга, сравнимая с кардиостимулятором для сердца, также более избирательна, чем лекарственные препараты, поскольку кажется, что она стимулирует только ацетилхолин в целевом участке мозга. У нас есть рецепторы ацетилхолина по всему нашему телу, а ингибиторы холинэстеразы делают больше химического вещества доступным по всему телу, увеличивая риск побочных эффектов, таких как тошнота, потеря аппетита, боли в суставах и мышечные спазмы.Фактически, ответы на периодическую стимуляцию в исследовании были такими же сильными, как и у пациентов, принимавших высокие дозы ингибиторов холинэстеразы, сообщают ученые.«Основные препараты, которые используются для лечения болезни Альцгеймера, усиливают холинергическую функцию, но они неспецифичны, поэтому вызывают все эти периферические побочные эффекты», — говорит Терри. «Это гораздо более избирательный способ улучшения этого региона».
По словам Блейка, глубокая стимуляция мозга в основном дополняет нормальные мозговые процессы, которые обеспечивают высвобождение ацетилхолина. Мозг работает на комбинированной биохимической и электрической системе, у которой есть электрические шипы, идущие по длине аксона — длинные руки, которые проходят от одного нейрона к другому нейрону или другому типу клеток. Когда две клетки соединяются, это называется синапсом, и электрический всплеск приводит к высвобождению ацетилхолина в синапсе, который воздействует на клетку, к которой он прикасается, возможно, активируя ее электрически или изменяя ее работу каким-либо другим образом. Электрическая активация одного нейрона фактически также активирует другие нейроны в непосредственной близости.
Успех имплантированных дефибрилляторов / кардиостимуляторов и глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона привел к исследованию их потенциала для таких проблем, как болезнь Альцгеймера. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило глубокую стимуляцию мозга при болезни Паркинсона и эссенциальном треморе в 1997 году.
Старение бэби-бумеров, которым в 2011 году исполнилось 65 лет, является движущей силой резкого увеличения числа людей, подверженных риску болезни Альцгеймера и других возрастных форм деменции. По прогнозам Бюро переписи населения США, к 2050 году численность населения в возрасте 65 лет и старше достигнет 83,7 миллиона человек, что почти вдвое больше, чем предполагалось в 2012 году, составлявшее 43,1 миллиона человек.