חוקרי הרווארד חושפים כיצד המוח מכוון את זרימת הדם בזמן אמת

לאורך כל היום המוח שלנו מבצע משימות מסובכות ואנושות אנרגיה כמו לזכור, פתרון בעיות וקבלת החלטות.

כדי לספק את האנרגיה המשימות הללו דורשות תוך שמירה על דלק יקר זה, המוח פיתח מערכת המאפשרת לו לשלוח במהירות וביעילות רק לאזורים הזקוקים לו ביותר בכל רגע נתון. מערכת זו חיונית לתפקוד המוח ולבריאות הכללית, ובכל זאת האופן בו היא עובדת נותרה מעט תעלומה.

כעת, צוות בהובלת חוקרים בבית הספר לרפואה של הרווארד חשף פרטים חדשים כיצד המוח מעביר דם לאזורים פעילים בזמן אמת. הממצאים שלהם מתפרסמים ב- 16 ביולי ב תָא.

בניסויים בעכברים גילה הצוות כי המוח משתמש בתעלות מיוחדות ברירית כלי הדם שלו כדי לתקשר היכן יש צורך בדם.

עבודה זו עוזרת לנו להבין כיצד ניתן להשיג את אספקת הדם החשובה ביותר לאזורים הנכונים של המוח בסולם זמן שימושי. "

לוק קפלן, סופר משותף, עמית מחקר בנוירוביולוגיה במכון בלווטניק ב- HMS

אם יאושר במחקרים נוספים בבעלי חיים ובני אדם, ניתן להשתמש בממצאים כדי להבין טוב יותר ממצאים בבדיקות הדמיה מוחית כמו MRI פונקציונלי (FMRI). התובנות עשויות גם לקדם את ההבנה של מחלות ניווניות, בהן מערכת תקשורת זו מתפרקת לעתים קרובות, מה שמוביל לבעיות קוגניטיביות.

חידה מכניסטית ארוכת שנים

בסוף שנות ה- 1800, הרופא האיטלקי אנג'לו מוסו הבחין במשהו מסקרן בחולה עם פגם בגולגולת שהשאיר אזור במוחו חשוף: כאשר המטופל כעס, חלקים מהאזור החשוף התנפחו מייד בדם – רמז על קשר בין פעילות המוח לזרימת הדם.

מאה שנה לאחר מכן, קשר זה הפך לבסיס של FMRI, סוג של סריקת מוח המודדת את זרימת הדם לאזורים שונים כמתנה לפעילות עצבית ואילו אנשים מבצעים משימות שונות.

המוח הוא אחד האיברים התובעניים ביותר בגוף, המהווה 2 אחוז ממשקל הגוף אך צורך 20 אחוז מכלל האנרגיה שלו. כדי להישאר בתקציב, המוח חייב להיות יעיל ביותר: הוא מכוון במהירות את זרימת הדם לאזורים הזקוקים לו ביותר, הסביר הסופר הבכיר צ'נגהואה גו, פרופסור לנוירוביולוגיה ב- HMS.

בעוד שחלק המוח של צריכת האנרגיה משתנה בין מינים בהתאם למורכבות האיבר, אמר גו, המוח הוא איבר רעב אנרגיה בכל היונקים.

"יש זה מנגנון אבולוציוני אלגנטי שמפיץ את זרימת הדם לפי דרישה בכל המוח, אבל אנחנו לא מבינים איך זה עובד", אמר הסופר המוביל המשותף טרבור קרולק, דוקטורנט במעבדת GU.

תהליך הקצאת הדם הזה מתדרדר בהתנוונות עצבית, ציין קפלן, והבנת פעולתו הפנימית עשויה להוביל לתובנות חדשות.

"אם אנחנו לא יודעים איך המערכת הזו פועלת ברמה ביולוגית, לא נדע לתקן את זה כשזה משתבש," אמר.

נחשף כביש איתות סלולרי

כדי להבין מה קורה ברמה מולקולרית ככל שאזורי מוח שונים הופכים לפעילים, החוקרים ביצעו סדרת ניסויים בעכברים. הניתוח שלהם הראה שהמוח מעביר במהירות את הצורך בדם רב יותר באזור מסוים באמצעות תאי אנדותל הקווים כלי דם במוח. יתר על כן, החוקרים ציינו, תאי האנדותל התקשרו כל כך מהר וביעילות באמצעות צומת פער כביכול – תעלות קטנטנות המחברים פיזית תאים שכנים. הצוות זיהה גם שני גנים מרכזי לתפקוד של מסלול תקשורת זה.

"המוח משתמש בעצם ברירית הפנימית של כלי הדם שלו ככביש איתות רחב ומתואם", אמר קרולק.

בכך, המוח יכול לתקשר אילו כלי דם צריכים להתרחב או להתכווץ בהופעה כדי להעביר דם לאזורים הנכונים בזמן הנכון.

"ממצאים אלה עוזרים לנו להבין כיצד המוח מספק זרימת דם למקום בו הוא נחוץ, ומאפשר לו לנצל את אספקת האנרגיה המוגבלת שלו בצורה יעילה", אמר גו.

סוגים אחרים של תאים מחוברים גם על ידי צומת פער, ומוטציות בגנים של צומת GAP הושפעו בתנאי לב, חירשות ומחלות אחרות. לפיכך, ציינו החוקרים, הממצאים החדשים פותחים את הדלת למחקר נוסף כיצד תאים בגוף משתמשים בקשרים אלה כדי לתקשר.

מכיוון שכלי הדם במוח שמורים מאוד אצל יונקים, אמר גו, אותה מערכת פועלת ככל הנראה אצל בני אדם. אם הממצאים אכן מתורגמים לבני אדם, החוקרים חושבים שהם יכולים לשפר את הפרשנות של FMRI, הנשען על הקשר בין זרימת הדם לפעילות עצבית.

גוף עדויות הולך וגדל מצביע על כך שוויסות אספקת הדם חשובה לבריאות המוח – ומתחיל להתפרק במחלות ניווניות מסוימות, אמרו החוקרים. הצוות מקווה שממצאיהם יכולים לשפוך אור על השינויים המתרחשים במוח במהלך התנוונות עצבית.

"עכשיו אחרי שהבנו את המנגנון" אמר גו, "אנו רוצים ליישם את הידע שלנו על הבנת מחלות ופיתוח טיפולים."

מחבר, מימון, גילויים

מחברים נוספים בעיתון כוללים את קתלין נבאס, לוג'ינג חן, אוסטין בירמינגהם, דניאל ריבקין, ויקטוריה איזא, מייגן פאוול, ז'והאו וו ובנג'מין דברמן.

המחקר מומן על ידי מלגת מחקרים לתארים מתקדמים של קרן המדע הלאומית, מלגה של HMS Mahoney Postdoctoral, מלגת HMS Lefler Postdoctural, המוסדות הלאומיים לבריאות (RF1MH128969; HL153261; R35NS116820), המכון הלאומי של נפש נפשו (UG311) (R35NS116820), המבנה הלאומי של UG311). (UG3MH120096), מרכז סטנלי למחקר פסיכיאטרי ויוזמת מחקר של Fidelity Biosciences. GU הוא חוקר של המכון הרפואי הווארד יוז.

דברמן רשום כממציא בבקשת פטנטים (US20240325568A1) לייצור ושימוש בווקטור AAV-BI30. דברמן הוא מייסד מדעי ויועץ מדעי של טיפול בגנים של אפרטורה, קיבל מימון מחקרי מטיפול בגנים של אפרטורה, והוא נמצא במועצה המייעצת המדעית של טווארד ביוס -מדעים.