Когда гепард преследует газель, исход поединка зависит не от чистой скорости. Вместо этого преимущество имеет животное, которое лучше рассчитывает свои движения. Эта способность сознательно направлять движения в течение нескольких секунд является простым, но универсальным навыком мышления у млекопитающих. Это также способность, которая постоянно нарушается у пациентов с болезнью Паркинсона (БП), и, по мнению невролога Университета Айовы Нандакумара Нараянана, "время" идеальный инструмент для изучения когнитивных проблем при БП.
Болезнь Паркинсона вызвана потерей сигнального химического вещества в мозге дофамина и поражает около 1 миллиона человек в Соединенных Штатах. Чаще всего это заболевание, которое вызывает проблемы с движением, но теперь неврологи знают, что БП может значительно повлиять на мышление или когнитивные способности пациентов.
"Когнитивные проблемы, связанные с БП, очень изнурительны," говорит Нараянан, доктор медицинских наук, доцент неврологии UI. "Они влияют на качество жизни, вызывая потерю трудоспособности, помещение в дом престарелых, падения и увеличение расходов на здравоохранение. У нас есть много отличных методов лечения двигательных симптомов болезни Паркинсона, но я мало что могу сделать для лечения когнитивных симптомов, и это меня очень расстраивает."
Работая в лаборатории и клинике, Нараянан и его команда записывают активность мозга у мышей и людей, когда они выполняют простые задания по времени. Ученые также используют различные генетические технологии для управления и изучения мозговой активности мышей. Эти эксперименты помогают выявить нейросеть, которая контролирует временную способность, и объяснить, как этот простой когнитивный процесс нарушается из-за недостатка дофамина.
В новом исследовании, опубликованном в декабре. 15 в журнале Current Biology, исследователи впервые показывают, что стимуляция мозга определенных нейронов с определенной частотой может улучшить время у мышей, у которых отсутствует дофамин. Полученные данные предполагают, что, по крайней мере теоретически, можно было бы использовать стимуляцию мозга для улучшения когнитивных проблем, вызванных БП, а также, возможно, других когнитивных расстройств.
Команда изучила 12 пациентов с БП и показала, что их способность оценивать период времени (12 секунд) была намного хуже, чем у людей без БП. Измерения мозговой активности лобной коры с помощью ЭЭГ (электроэнцефалографии) показали, что у пациентов с БП также отсутствовала определенная мозговая волна, известная как дельта-волна, которая циклически повторяется с частотой примерно 1-4 раза в секунду (1-4 Гц), пока они делали задание по времени.
Как и ожидалось, мыши, у которых не хватало дофамина в лобной коре, также плохо справлялись с заданием по времени. Тем не менее, команда была взволнована, обнаружив, что у животных также отсутствовал дельта-ритм, предполагая, что этот специфический, зависимый от дофамина нервный сигнал может быть важен для временных способностей.
Во фронтальной коре дофамин обычно активирует нейроны с дофаминовыми рецепторами D1. Команда UI, включая Янг-Чо Кима, доктора философии, первого автора исследования и научного сотрудника в лаборатории Нараянана, генетически изменила мышей, чтобы нейроны D1 можно было искусственно активировать с помощью импульсов света. Когда исследователи пульсировали светом с той же частотой, что и отсутствующий сигнал дельта-волны – 2 Гц, – мыши восстановили свою способность выполнять задание синхронизации.
"Это было потрясающе," Нараянан говорит. "Впервые мы можем проводить стимуляцию мозга для улучшения когнитивного поведения.
"Когда мы стимулировали нейроны D1 у нормальных мышей, мы не улучшали их синхронизацию »" он добавляет. "Но у мышей, у которых когнитивные (временные) нарушения из-за потери дофамина, мы можем сделать их лучше. Результаты показывают, что теоретически целенаправленная, избирательная и специфическая стимуляция мозга может улучшить некоторые когнитивные аспекты потери дофамина при болезни Паркинсона."
Стимуляция мозга уже используется для лечения некоторых пациентов с БП, но терапия нацелена на определенные области мозга, которые важны для двигательного контроля (не на лобную кору), и только улучшает проблемы с движением при БП. Новые результаты показывают, что точная стимуляция определенных нейронных сетей в коре головного мозга может также лечь в основу новых методов лечения, улучшающих когнитивные процессы, зависящие от дофамина.