In een laboratorium in het Picower Institute for Learning and Memory van het MIT krijgen cohorten muizen met kunstmatig geïnduceerde Alzheimer een ongebruikelijke nieuwe behandeling: beperkt tot een donkere kamer, worden ze blootgesteld aan visuele stimulatie in de vorm van snel knipperende witte LED strips.
gerelateerde inhoud
- Meer dan 30 jaar sinds hun ontdekking fascineren, prioneren en verbazen ons ons nog steeds
De knipperende lichten, die draaien op 40 hertz, of 40 keer per seconde, doen minder denken aan een stroboscoop in een club, en meer als het fonkelen van sterren, zegt Li-Huei Tsai, auteur van de studie, die in de natuur verscheen. Deze muizen, verdeeld in groepen voor verschillende soorten therapie en controles, vertonen verbetering in de symptomen van Alzheimer - met name de vermindering van bèta-amyloïde plaque geassocieerd met de ziekte.
Hoewel de relatie tussen de ziekte en de oorzaak van de plaque in de hersenen niet helemaal duidelijk is, en hoewel het experiment werd uitgevoerd op muizen die genetisch waren geprogrammeerd om de ziekte te hebben, kon het onderzoek wijzen op zowel een nieuw begrip van het proces achter de ziekte en een niet-invasieve behandeling ervan.
Het idee achter de studie was om gamma-oscillaties te beïnvloeden, een maat voor ritmische activiteit tussen neuronen die varieert van 25 tot 80 hertz. Tsai, professor in de neurowetenschappen aan het MIT, en haar lab probeerde pulsen van 20 tot 80 Hz en ontdekte dat 40 de sweet spot was.
"Ik denk dat dit de eerste studie is, die niet alleen aantoont dat gamma-oscillatie een effect heeft op bèta-amyloïden, maar het is echt de eerste studie die zelfs denkt over gamma-oscillaties en moleculaire en cellulaire veranderingen in de hersenen, " zegt Tsai.
Het is echter niet de eerste studie die naar gammaloscillaties in het algemeen kijkt. Al in 1989 toonden Wolf Singer en zijn lab in Nature ook bewijs dat 40 Hz een belangrijke snelheid was. "Wat het doet is dat het een hoge synchroniciteit veroorzaakt", zegt Singer, vergeleken met een pacemaker.
Singer ontdekte dat visueel geïnduceerde gamma-oscillaties zich over de hersenen konden verspreiden en verschillende delen met hetzelfde ritme konden synchroniseren, wat volgens hem verklaart hoe onze hersenen zichzelf coördineren. In de decennia daarna is het veld controversieel en vaak bestudeerd, vaak door elektronen op de hoofdhuid of hersenen te implanteren om oscillaties te veroorzaken. Het is aangetoond dat het geheugen, aandacht, bewustzijn en zelfs schizofrenie beïnvloedt, maar Tsai's toepassing van het gebruik van lichten om het te beïnvloeden in de ziekte van Alzheimer is nieuw.
"Wat ze deden is, ze hebben de causaliteit omgekeerd, zeiden ze, misschien is het de verstoorde temporele dynamiek van het systeem die de zieke toestand veroorzaakt", zegt Singer. Hoewel eerder is aangetoond dat gamma-oscillaties zijn aangetast bij mensen met Alzheimer, was het deze inspectie van de tijdlijn die Tsai tot haar experiment leidde.
"We wilden in eerste instantie weten, hoe vroeg komt deze beperking voor?", Zegt Tsai. “Als het laat gebeurt, tegelijkertijd met geheugenbeschadiging en andere schade die optreedt, dan kunnen de verminderde oscillaties gewoon een van de gevolgen van de ziekte zijn. Maar als het vroeg optreedt, kan het bijdragen aan de manifestatie van de ziekte. "
Het is niet helemaal duidelijk waarom geïnduceerde gamma-oscillaties tot minder plaque lijken te leiden, maar Tsai heeft een aantal ideeën. Ten eerste lijkt het genereren van de plaque zelf te worden onderdrukt. Dit is vooral verrassend, zegt Tsai, vanwege de grootte - ze zagen een vermindering van 50 procent - en omdat er geen direct verband is aangetoond tussen gamma-oscillaties en beta-amyloïde plaque.
Een ander opgemerkt kenmerk dat wordt gezien bij Alzheimer is de disfunctie van microglia-cellen. Normaal beschouwd als de immuuncellen van de hersenen, die giftige materialen en puin opruimen, werken ze niet of kunnen ze zelfs ontstekingen veroorzaken bij Alzheimer-patiënten. "Hun normale functie is om giftige stoffen en puin rond de hersenen te verwijderen en iedereen gelukkig te houden", zegt Tsai. Omdat de studie verhoogde microglia-celfunctie onder de behandeling toonde, redeneerden de onderzoekers dat dit een van de manieren kan zijn - samen met het voorkomen van het ontstaan van nieuwe plaque - dat de oscillaties bijdragen aan een vermindering van plaque.
Omdat de oscillaties visueel worden geïnduceerd, is de plaquevermindering die door de studie wordt gezien, beperkt tot de visuele cortex van de hersenen en lijkt deze na ongeveer een dag te slijten. Ander aankomend onderzoek omvat het verlengen van de duur van het experiment, om te zien of de effecten langer duren en zich door de hersenen verspreiden, zoals de resultaten van het onderzoek van Singer suggereerden. Het kan zelfs nuttig zijn bij andere ziekten die abnormale gamma-oscillaties vertonen, zoals autisme en psychiatrische stoornissen, zegt Tsai. Ze heeft een bedrijf genaamd Cognito Therapeutics opgericht om te werken aan proeven op mensen.
