חתימה נוירוכימית חדשה מבדילה את מחלת פרקינסון לבין רעד חיוני

החוקרים זיהו חתימה נוירוכימית המייחדת את מחלת פרקינסון מרעידה חיונית – שתיים מההפרעות התנועה הנפוצות ביותר, אך כל אחת מקושרת לשינויים ברורים במוח.

במחקר חדש ב תקשורת טבעמדענים ממכון המחקר הביו -רפואי של פרלין ב- VTC והמכללה המדעית של וירג'יניה טק זיהו דפוסי איתות כימיים ייחודיים של שני מעבירים עיקריים – דופמין וסרוטונין – המבדילים בין שתי הפרעות אלה.

"המחקר הזה נבנה על עשרות שנים של עבודה", אמר מונטאג, מדען במכון המחקר הביו-רפואי של פרלין וסופר סניור משותף, שעם עמיתים פיתחו את הטכנולוגיות הרב-פנים ואת המבנים התיאורטיים לעבודה על 15 שנות המחקר שלהם.

מונטאג, שמכוון את המרכז לחקר מדעי האנוש במכון למכון כי "החל מהתאמת תורת המשחקים ההתנהגותית למשהו שמתפקד כמו בדיקה רפואית, ועד זיקוק מודלים של למידת מכונות שיכולים לראות כימיה מוחית בזמן אמת – תמיד כיוונו לתרגם תובנות למשהו שימושי קלינית. "המחקר הזה עושה צעד ברור בכיוון הזה."

החוקרים התמקדו באזור מוח המעורב בקבלת החלטות ועיבוד תגמול-הקאודאטה של ​​הסטריאטום.

בעזרת טכניקה אלקטרוכימית משופרת במכונה במהלך ניתוחי גירוי מוח עמוק (DBS) על רעידה חיונית וחולי פרקינסון, הצוות מדד תנודות מהירות כאשר מטופלים שיחקו משחק הכולל הצעות הוגנות ולא הוגנות-משימה שנועדה להבין את קבלת ההחלטות וכימיה מוחית.

במחקר מוקדם שיצא מיצירה זו בשנת 2018 בנוירופסיכופארמקולוגיה, החוקרים חשפו את ההקלטות הראשונות אי פעם של תנודות תת-שניות בו זמנית של דופמין וסרוטונין במהלך קבלת החלטות פעיל בנושא אנושי מודע.

הפריצה המוקדמת הניחה את היסודות למחרוזת.

הנתונים נאספו לפני שמונה שנים על ידי מונטאג וצוותו במכון המחקר ובמשתפי פעולה שלהם באוניברסיטת ווייק פורסט, אבל חזרנו לזה עם כלים טובים יותר ונקודת מבט רעננה – ולבסוף ראינו מה יש שם לאורך כל הדרך. "

ויליאם "מאט" האו, עוזר פרופסור, בית הספר למדעי המוח, המכללה למדע וירג'יניה טק וסופר סניור

עלייתם ונפילתם של נוירוכימיקלים

במהלך ניתוחים של DBS בשנים 2017 ו -2018, נוירוכירורגים באוניברסיטת ווייק פורסט, אדריאן לקסטון וסטיבן טיטר, סייעו לבצע את ההקלטות באמצעות אלקטרודות סיבי פחמן במחלת פרקינסון וחולי רעד חיוניים בזמן שהם שיחקו משחק בו הם מקבלים או דוחים הצעות.

פרוטוקול המחקר נשא במהלך חלק מהניתוח בו הנוירוכירורגים כבר עוקבים אחר פעילות המוח בזמן אמת כדי לאתר במדויק אזור יעד קטן במוח לגירוי חשמלי לטיפול בתסמיני ההפרעות.

עכשיו, ב תקשורת טבע המחקר, החוקרים יישמו מודל חישובי כדי לעקוב אחר האופן בו החולים יצרו והתאם את ציפיותיהם במהלך המשחק, וחשפו דפוסי איתות כימיים חתימה הקשורים לכל הפרעה.

אצל אנשים עם רעד חיוני, הצעות כספי שהפרו את ציפיותיהם במהלך המשחק עוררו דפוס מסור – רמות הדופמין עלו, בעוד שהסרוטונין צנח. תגובה אופוזיציונית זו – עם מעבירה עצבית אחת עולה ככל שהאחר נפל – דפוסי שיקוף שנראו במחקרים קודמים על פעילות מוחית במהלך קבלת ההחלטות.

בממצאים האחרונים, איתות נוירוכימי הדדי זה נעדר בקרב חולים במחלת פרקינסון.

ידוע שנוירונים המייצרים דופמין מתים במחלת פרקינסון, ולכן החוקרים ציפו שדופמין יהיה ההבדל הכימי הברור ביותר במוח.

אבל כשהם הסתכלו מקרוב – באמצעות כלים מעודנים ובמודל כיצד אנשים יצרו ציפיות – לא היה זה דופמין שהבדיל את הפרקינסון הכי טוב לרעדה חיונית. במקום זאת, היה זה סרוטונין, מעביר עצבי שונה שלא היה בולט באותה תיאוריות של מחלת פרקינסון, ופתח השקפה חדשה ותובנה מדעית וקלינית פוטנציאלית על מחלה זו.

"מה שהפתיע אותנו היה כמה סרוטונין בלט," אמר האו. "זה לא סתם שדופמין שיבשה. זה היה שהקדימה-ואחורה הרגילה בין דופמין לסרוטונין נעלם. אין טבילה של הסרוטונין ולא הדופמין עולה. זה לא רק מערכת אחת משבשת-זה היעדר האינטראקציה הדינאמית ההיא שהתברר כי ההבדל הברור ביותר בין פרטינסון לבין רעידה חיונית."

למידה באמצעות עשייה

המודל החישובי עקב אחר צורה של למידת מכונה המכונה למידת חיזוק, אשר שיפרה בהדרגה את יכולתו לאתר דפוסים כאשר היא עיבדה נתונים נוספים מניסויי עבר. עבודות קודמות של מונטאג ועמיתו, טרי לורנץ, ביססו את חשיבותו של תהליך זה ברמת הנוירונים וההתנהגות, וקבעו את היסודות לסדרה חדשה זו של ניסויים וניתוחים.

המחברים הראשונים, אלק הרטל, בית ספר לתלמיד דוקטור למדעי המוח במעבדה של האו, ופול סנדס, פרופסור לעוזר מחקר במעבדה של מונטאג, מסגר מחדש את המשימה באמצעות "מודל צופה אידיאלי" – כלי סטטיסטי השוקל תגמולים ומתקבל ומדמה את הביצועים הטובים ביותר למשימה מוגדרת.

הרטל עשה ניסויים בעכברים כדי ליידע את הגישה, שעזרו לחולות לשכלל וליישם את המודל הסטטיסטי כדי לחלץ תובנות חדשות מהתנהגות קבלת החלטות אנושיות של המטופל.

"מה שהוסיפו היה מודל חישובי של מה שהנבדקים ציפו יקרה," אמר האו. "כשסיפרנו מחדש את הנתונים כך, הצלחנו לחשוף הבדל כיצד הגיב המוח בשתי קבוצות המטופלים הללו."

החוקרים ראו כי שגיאות חיזוי מסוימות – אי התאמה בין מה שנבדקי המחקר ציפו לבין מה שקיבלו – עוררו שינויים בפעילות הסרוטונין שהיו אינדיקטורים חזקים לאיזה מחלה הייתה המטופל.

מחלת פרקינסון פוגעת כמיליון אנשים בארצות הברית ולמעלה מ -10 מיליון ברחבי העולם, על פי קרן פרקינסון. רעד חיוני נפוץ עוד יותר, המשפיע על כ -7 מיליון אמריקאים, המבוססים על מחקרים של מדעני אוניברסיטת קולומביה.

"זה מאוד חזק לקשר בין שינויים רגעיים לרגע באמונות הפנימיות – כאן מה שאדם מצפה מאחרים – לאותות כימיים ניתנים למדידה במוח", אמר דן באנג, פרופסור חבר במרכז מדעי המוח האינטגרטיביים הפונקציונליים באוניברסיטת אהרוס בדנמרק, תוסף פרופר במכון המחקר הביו -רפואי הפרלין ואחד מחברי המחקר. "זה פותח חלון חדש לאופן שבו תהליכים קוגניטיביים אנושיים עמוקים, כמו הערכה חברתית, מעוצבים על ידי מחלה."

מקור תובנה מתמשך

THE תקשורת טבע המחקר שואב את התיאוריות היסודיות של איתות דופמין – כולל עבודה מונטאג עזרו לעצב לפני כמעט 30 שנה – ומשתמש בפרמטר המושרש במודלים המעבדה שלו מזמנת כבר עשרות שנים כדי לחלץ את אותות הדופמין והסרוטונין.

את שיתוף הפעולה עם וואק יער נזרע על ידי קנת קישידה, סופר ראשוני במחקר המקורי שאסף את מערך הנתונים המקורי בעת שעבד עם מונטאג כמקורב פוסט-דוקטורט במכון המחקר הביו-רפואי של פרלין לפני שהצטרף לפקולטה באוניברסיטת ווייק יער, שם כיום הוא הוא יו"ר נוירוסלי-נוירוסלי-נוירוסיה של בוסוול.

"מרגש לראות את המאמץ המיושם באופן שעשוי לסייע באבחון או ריבוד אוכלוסיות קליניות אמיתיות." אמר מונטאג, שהוא גם מנהל המרכז לחקר מדעי המוח האנושיים והמעבדה להדמיה עצבית אנושית של המכון לחקר ביו -רפואי פרלין ופרופסור במכללה למדע וירג'יניה טק.

הפרויקט משקף גם שנים של עידון איטרטיבי ועבודת צוות חוצה תחומי.

סת 'באטן, מחבר משותף למחקר. "הגרסה בה השתמשנו במחקר זה הייתה מעודנת הרבה יותר ממה שהיינו בשלב מוקדם. אבל לא פחות חשובה הייתה הגישה השיתופית – הבאת אנשים חדשים עם מומחיות שונה אפשרה לנו לראות דפוסים שלא זיהינו קודם."

בעוד שהממצאים מציעים תובנה חדשה כיצד מחלת פרקינסון ורעדה חיונית נבדלים זה מזה ברמה הכימית, החוקרים רואים בכך רק את ההתחלה.

"זה מה שאני הכי גאה בו – שיתוף הפעולה," אמר האו. "הנתונים נאספו זה מכבר, ולקח לאנשים עם רקע שונה שהגיעו יחד כדי להבין את זה. המחקר הזה מספר סיפור משכנע, אבל הסיפור לא נגמר כאן."

המחקר מומן על ידי מכוני הבריאות הלאומיים, קרן לונדבק, מכון המחקר הביו -רפואי של פרלין וקרן השערים האדומים.

מחברים משותפים נוספים במחקר כוללים:

• לאונרדו ברבוסה וג'ייסון ווייט, מכון המחקר הביו -רפואי של פרלין ב- VTC;
• אריאן סוהראבי ורבקה ל. קלפיור, בית הספר לרפואה באוניברסיטת ווייק יער;
• אלכסנדרה ג 'דיפליקטונטוניו, מכון המחקר הביו -רפואי של פרלין והמחלקה לתזונה אנושית, מזון ופעילות גופנית;
• מארק ר. וויצ'ר, קליניקה של קריליון ובית הספר לרפואה של וירג'יניה טק.