Ученые обнаружили скрытый мозговой сигнал, который может предсказать развитие болезни Альцгеймера за несколько лет до того, как она проявится.
Недавно выявленный мозговой сигнал может выявить, у кого болезнь Альцгеймера разовьется на несколько лет вперед. Отслеживая едва заметные изменения в нейронной активности, исследователи обнаружили новый мощный биомаркер, который может изменить методы раннего выявления. Фото: Shutterstock
Используя специально разработанный инструмент анализа, ученые из Университета Брауна выявили биомаркер мозга, который может помочь предсказать, перерастут ли легкие когнитивные нарушения в болезнь Альцгеймера. Этот подход основан на измерении электрической активности, вырабатываемой нейронами, что предлагает новый способ выявления ранних признаков заболевания непосредственно в головном мозге.
«Мы обнаружили закономерность в электрических сигналах мозговой активности, которая позволяет предсказать, у каких пациентов с наибольшей вероятностью разовьется заболевание в течение двух с половиной лет», — сказала Стефани Джонс, профессор неврологии из Института мозга Карни Брауна, которая руководила исследованием. «Возможность впервые неинвазивно наблюдать за новым ранним маркером прогрессирования болезни Альцгеймера в головном мозге — это очень интересный шаг».
Результаты были опубликованы в журнале Imaging Neuroscience.
Отслеживание активности мозга у людей с умеренными когнитивными нарушениями
В сотрудничестве с исследователями из Мадридского университета Комплутенсе в Испании команда изучила записи мозговой активности 85 человек с диагнозом «легкие когнитивные нарушения». Исследователи наблюдали за этими участниками в течение нескольких лет, чтобы увидеть, как менялось их состояние с течением времени.
Активность мозга регистрировалась с помощью магнитоэнцефалографии, или МЭГ — неинвазивного метода, который улавливает электрические сигналы из мозга. Во время записи участники спокойно отдыхали с закрытыми глазами.
Это новый способ увидеть нейронные сигналы
Традиционные подходы к анализу данных МЭГ часто основаны на усреднении сигналов, что может размыть важные детали поведения отдельных нейронов. Чтобы преодолеть это ограничение, Джонс и ее коллеги из Brown разработали вычислительный метод, известный как Spectral Events Toolbox.
Этот инструмент разбивает мозговую активность на отдельные события, выявляя, когда возникают сигналы, как часто они появляются, как долго они длятся и насколько они сильны. Инструментарий Spectral Events получил широкое распространение и был упомянут в более чем 300 научных исследованиях.
Сигналы мозга, связанные с памятью, выявляют ключевые различия
Используя этот инструмент, исследователи сосредоточились на активности мозга в бета-диапазоне частот, который, по словам Джонса, связан с процессами запоминания и особенно важен в исследованиях болезни Альцгеймера. Они сравнили показатели бета-активности у людей с умеренными когнитивными нарушениями, у которых позже развилась болезнь Альцгеймера, с теми, у кого ее не было.
Выявились явные различия. У участников, у которых болезнь Альцгеймера развилась в течение двух с половиной лет, наблюдались заметные изменения в бета-активности по сравнению с теми, чье состояние оставалось стабильным.
«За два с половиной года до постановки диагноза болезни Альцгеймера у пациентов наблюдались бета-реакции с меньшей частотой, меньшей продолжительностью и меньшей мощностью», — сказала Данилина Шпаковская, первый автор исследования из Мадрида. «Насколько нам известно, это первый случай, когда ученые изучают бета-активность в связи с болезнью Альцгеймера».
Почему важны биомаркеры, основанные на мозге
Современные биомаркеры, обнаруживаемые в спинномозговой жидкости или крови, могут обнаружить бета-амилоидные бляшки и тау-клубки — белки, которые накапливаются в головном мозге и, как полагают, вызывают симптомы болезни Альцгеймера. Однако эти маркеры напрямую не показывают, как клетки мозга реагируют на это повреждение.
По словам Дэвида Чжоу, постдокторского исследователя из лаборатории Джонса в Брауне, который возглавит следующий этап исследования, биомаркер, основанный на самой активности мозга, дает более четкое представление о том, как функционируют нейроны в условиях стресса.
На пути к ранней диагностике и более эффективному лечению
Джонс считает, что инструментарий Spectral Events в конечном итоге может помочь клиницистам выявлять болезнь Альцгеймера на ранней стадии, до того, как произойдет значительное снижение когнитивных способностей.
«Обнаруженный нами сигнал может помочь в раннем выявлении», — сказал Джонс. «Как только наши результаты будут подтверждены, клиницисты смогут использовать наш инструментарий для ранней диагностики, а также для проверки эффективности своих вмешательств».
Сейчас команда переходит к новому этапу проекта, который поддерживается премией Циммермана за инновации в области науки о мозге от Института Карни.
«Теперь, когда мы обнаружили признаки бета-событий, которые предсказывают прогрессирование болезни Альцгеймера, наш следующий шаг — изучить механизмы генерации с помощью инструментов компьютерного нейронного моделирования», — сказал Джонс. «Если мы сможем воссоздать, что происходит в мозге, чтобы сгенерировать этот сигнал, тогда мы сможем работать с нашими коллегами над тестированием терапевтических средств, которые могли бы устранить проблему».
Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения, включая инициативу по исследованию мозга в рамках продвижения инновационных нейротехнологий (BRAIN), а также при поддержке финансовых учреждений Испании.