Исследователи из Массачусетского технологического института в феврале этого года в журнале PLOS Biology опубликовали эссе, в котором они рассматривают эффекты от разработанного ими инновационного подхода к терапии болезни Альцгеймера.
Терапия представляет собой сенсорную стимуляцию на частоте 40 Гц, которая вызывает такие же высокочастотные всплески нейронной активности. Эксперименты на модельных животных, подвергавшихся стимуляции, показали снижение уровней амилоидных бляшек, тау-белка, изменение морфологии микроглии. Несколько исследований также были сделаны с участием людей.
Современные методы терапии болезни Альцгеймера (БА), направленные на устранение ее причин, то есть бета-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных тау-белков, дают довольно скромные результаты. Пациентам и их семьям приходится нелегко из-за постепенного и весьма значительного снижения когнитивных функций, сильного изменения поведения больного. Неинвазивные вмешательства, которые имеют целью хотя бы замедлить процессы когнитивной деградации – когнитивная терапия, физические упражнения, диеты – к сожалению, не дают значительного эффекта. Существующие виды медикаментозной терапии хоть и приводят к 27-35% замедлению снижения когнитивных способностей, все же дают весьма серьезные побочные эффекты, к числу которых относятся такие серьезные последствия как отек мозга и кровотечение.
В попытках как можно скорее создать менее рискованный и достаточно эффективный подход к восстановлению когнитивных функций у пациентов с БА, исследователи из MIT (США) разработали способ неинвазивной терапии болезни Альцгеймера, основанный на сенсорной стимуляции головного мозга на частоте 40 Гц. Назвали эту технику «Gamma Entrainment Using Sensory stimuli technique (GENUS)”.
«Эта стимуляция может заставить мозг осциллировать на той же частоте и вызывать целостные функциональные изменения на молекулярном, клеточном уровнях и уровне межнейронных связей, снижая патологическое состояния, улучшая когнитивные функции и нормальное поведение у модельных животных» — пишут авторы в своем эссе.
В чем же суть и инновационность данной технологии – рассмотрим ниже.
Гамма-ритм
Гамма-ритм (30-100 Гц) на ЭЭГ человека связывают с текущей активностью таких функций мозга как обработка сенсорной информации, внимание, восприятие, память. При БА, когда наблюдается сильный спад когнитивных функций, гамма-ритм замедляется (30-50 Гц), как предполагается, из-за структурных изменений в головном мозге, которые влияют на передачу информации между нейронами.
Первой пробой метода стимуляции и вызова гамма-ритма для терапии БА стала оптогенетика, применяемая только на модельных животных. Оптогенетика использует свет для контроля электрической активности генетически модифицированных нейронов, ионные каналы которых были перепрограммированы на светочувствительные. Стимуляция гиппокампа мышей с БА светом с частотой 40 Гц привела к изменению морфологии микроглии, значительно снизила уровень бета-амилоида и улучшила когнитивные функции животных.
После авторы решили попробовать стимуляции разных модальностей на частоте 40 Гц – и вот, что у них получилось:
- Стимуляция светом индуцировала гамма ритм в зрительной коре мышей; за 1 неделю, в течение которой происходили сессии стимуляция продолжительностью в 1 час, у мышей активировалась микроглия, уменьшилось количество амилоидных бляшек и тау-протеина в зрительной коре.
- Стимуляция светом префронтальной коры (отвечает за обучение, память, высшие когнитивные функции), привела к схожему эффекту.
- То же для слуховой коры. Здесь также отметили и улучшение памяти у животных, и расширение сосудов, что потенциально способствовало вымыванию амилоидов.
- Попробовали объединить визуальную и слуховую стимуляцию – эффект увеличился.
- Наконец, взяли вариант с тактильной стимуляцией в форме вибрации и проверили ее воздействие на соматосенсорную и моторную кору. Получили уменьшение количества тау-белка, потери нейронов и синапсов, повреждений ДНК в рассматриваемых областях.
Как так получается?
Каковы биологические механизмы такого эффекта от 40 Гц стимуляции – не понятно. Исследователи на данный момент предполагают два варианта. Первый – стимуляция на данной частоте активирует глимфатическую систему. Предполагается, что в таком случае пробуждаются тормозные нейроны, которые называются вазоактивными интернейронами, экспрессирующими интерстициальный полипептид (VIP). Эти нейроны высвобождают VIP нейропептиды, в результате чего увеличивается артериальная вазомоторика и поляризация водных каналов аквапорина 4 в астроцитах. Второй вариант – каким-то образом происходит активация генов, ответственных за репарацию ДНК, синаптические функции, а также биохимические процессы, необходимые для коммуникации синапсов. Экспрессию генов меняет также микроглия.
Применение на людях
После таких впечатляющих результатов на мышах, исследователи захотели непременно опробовать эту разработку на людях с болезнью Альцгеймера. Разработав безопасный протокол для аудиовизуальной стимуляции (в том числе гиппокампа и миндалины), пациентам подавали стимуляцию каждый день в течение 3 месяцев. В результате у добровольцев уменьшилась атрофия мозга и усилилась функциональная связность, что измерялось по синхронизации между областями головного мозга. Эффект, однако, кратковременный. Возможность долговременного только предстоит изучить.
Кроме того, частная компания Cognito Therapeutics сделала девайс, который в рамках клинических исследований выдавали пациентам с БА. Стимуляция продолжительностью в 1 час каждый день в течение 6 месяцев, по данным исследователей, сократила на 69% потерю объема мозга и уменьшила атрофию мозолистого тела. Сейчас компания получила разрешение на третий этап клинических исследований.
Таким образом, несмотря на то, что разработанная технология показывает положительную динамику в терапии БА, все же еще немало работы предстоит совершить, чтобы понять молекулярные и клеточные основы «восстановления» мозга посредством 40 Гц стимуляции, решить вопросы о длительности вызываемых эффектов, понять действие на когнитивные функции, на что изначально и была направлена разработка технологии. Кроме того, сами авторы эссе отмечают работу, в которой эффект от стимуляции не воспроизводился, хоть и дают этому объяснение.
Текст: Анна Удоратина