نوروسافاری | دانش مغز و علوم اعصاب دانش مغز و علوم اعصاب. در این وبسایت خلاصه ای از مهمترین تحقیقات همه رشته های علوم اعصاب و مغز را می توانید به زبان ساده بخوانید. تلاش ما جهت هم افزایی بین رشته ای جهت پیشرفت بیشتر این علم است.
نوروسافاری | دانشمندان علوم اعصاب به روشهای غیرتهاجمی که بتوانند با آنها نوسانات طبیعی مغز انسان را تنظیم کنند، بسیار علاقه‌مند هستند.
در مارس سال ۲۰۱۵ Li-Huei Tsai یک دیسکوی کوچک (mini dance) برای چندین موش در آزمایشگاه خودش راه‌اندازی کرد. بدین‌صورت که یک ساعت در روز آنها را در یک جعبه‌ای قرار می‌داد که روشنایی‌اش تنها توسط منبع نور سوسو زننده خیلی کوچکی تأمین می‌شد. موش‌ها به نحوی دستکاری ژنتیکی شده بودند که پلاکهای آمیلوئید بتا که نشانه اصلی بیماری آلزایمر است در مغزشان تولید شود.
وقتی بعدها این دانشمند آنها را کالبدشکافی کرد دریافت که موش‌هایی که در مهمانی‌های mini dance بوده‌اند به‌طور معناداری دارای سطوح پایین‌تری از پلاک نسبت به موش‌هایی بودند که درست همان زمان در تاریکی بوده‌اند.
به گزارش نوروسافاری به نقل از نچر، Tsai دانشمند علوم اعصاب MIT در کمبریج است. او گفته که نتایج را چک کرده است و تا قبل از چندین تکرار، باور نداشته که چنین اتفاقی افتاده است. درواقع گروه او توانسته‌اند با نور چشمک‌زن آمیلوئید را از بخشی از مغز پاک کنند. منبع نور طراحی‌شده برای موش‌ها روی فرکانس ۴۰ هرتز تنظیم‌شده بود تا با دستکاری بر روی امواج مغزی، آغازگر فرایندهایی باشد که منجر به تجزیه پروتئینهای تشکیل دهنده پلاکهای آمیلویید می شوند.
اگرچه که یافته‌های مطالعات روی موش‌ها در مورد بیماری آلزایمر به‌سختی قابل تعمیم به انسان هستند اما بااین‌حال آزمایش صورت گرفته یک مطالعه‌ی نویدبخش محسوب می‌شود. Tsai می‌گوید نتایج به قدری تکان دهنده وقوی هستند که نیاز است تا این مطالعه بر روی انسان‌ها نیز به نحوی صورت بگیرد.
پیشینه بررسی
دانشمندان، امواج فعالیت الکتریکی مغز را از حدود ۱۰۰ سال پیش موردمطالعه قرار داده‌اند ولی در تعیین نقش این نوسانات در رفتار یا عملکردهای مغزی با چالشهای بسیاری مواجه بوده اند. پژوهش‌های صورت گرفته توانسته‌اند ارتباطی بین امواج مغزی با تثبیت و تقویت حافظه در طی خواب، دخالت در پردازش ورودی‌های حسی و هماهنگی‌های مربوط به هوشیاری را پیدا کنند. مایکل شادلن یک دانشمند علوم اعصاب در دانشگاه کلمبیا در شهر نیویورک می‌گوید: در حال حاضر ما واقعاً نمی‌دانیم امواج مغزی چه‌کاری انجام می‌دهند.
اکنون مدارک بسیاری ازجمله آزمایش ارائه‌شده در این خبر، نشانگر ارتباط معناداری بین امواج مغزی و اختلالات نورولوژیکی مانند بیماریهای آلزایمر و پارکینسون هستند. پیشنهاد این پژوهش جدید، امکان توقف و حتی معکوس کردن آسیبهای ایجادشده توسط چنین بیماری‌هایی بدون دارو هست. بیش از ۲۴ آزمایش کلینیکی روی انسان باهدف تعدیل امواج مغزی انجام شده اند برخی از این دستکاریها به‌وسیله‌ی نورهای چشمک‌زن یا اصوات ریتمیک بوده اما بیشتر از طریق کاربرد مستقیم جریانهای الکتریکی بر روی جمجمه یا مغز صورت گرفته است. این تحقیقات درمان طیف گسترده‌ای از مشکلات از بی‌خوابی تا اسکیزوفرنی و ناآرامی زنان پیش از قاعدگی را هدف قرار داده است.
مطالعه‌ی Tsai نخستین بارقه در یافتن پاسخ سلولی به دستکاری در امواج مغزی است. والتر کوروشتز رئیس موسسه ملی ناهنجاری‌های نورولوژیکی و سکته در آمریکا ادعا می‌کند که نتایج این پژوهش شگفت‌انگیز بوده و گفته که این‌یک مشاهده‌ی بدیع است که دنبال کردن آن بسیار جالب به نظر میرسد.
موجی توانمند
امواج مغزی برای اولین بار توسط روان‌پزشک آلمانی آقای هانس برگر موردبررسی قرار گرفت. در سال ۱۹۲۹ مقاله‌ای منتشر کرد و نوشت که او امواج جریانهای الکتریکی تکرارشونده ای را در حین قرار دادن الکترودهایی بر روی جمجمه‌های افراد مشاهده کرده است. درواقع اولین ثبت امواج مغزی الکترواانسفالوگرافی (EEG) بود ولی در آن زمان مورد توجه کسی قرار نگرفت. برگر شخصیتی خلاف جریان رایج بود که بخش بسیار زیادی از شغلش را صرف تلاش برای شناخت پایه‌های فیزیولوژیکی پدیده‌های روانی کرد. تنها چندین سال بعد بود که با تایید همکاران وی اختراع برگر به عنوان پنجره ای به سوی درک فعالیت مغزی شناخته شد.
نورون‌ها با استفاده از ایمپالس های الکتریکی ایجادشده توسط جریان یونی رو به خارج و داخل هر سلول باهم ارتباط برقرار می‌کنند. اگرچه فعالیت یک تک نورون منفرد توسط الکتروانسفالوگرافی قابل ثبت نیست ولی هنگامی‌که گروهی از نورون‌ها به‌صورت همگام و هم‌زمان باهم دوباره و دوباره فعالیت کنند یک نوسان الکتریکی تشکیل می‌شود که سرتاسر مغز را جاروب می‌کند.
در این میان امواجی با بالاترین فرکانس امواج گاما هستند که گستره‌ی فرکانسی‌شان از ۲۵ تا ۱۴۰ هرتز است. افراد چنین فعالیت مغزی را به هنگام اوج تمرکز تجربه می‌کنند. در آن‌سوی این طیف امواج دلتا قرار دارند ک در پایین‌ترین فرکانس حول‌وحوش ۰٫۵ تا ۴ هرتز قرار دارند و معمولاً این امواج در خواب عمیق اتفاق می‌افتند (به شکل ریتم‌های مغزی رجوع شود)
در هر برهه‌ای از زمان یک نوع از امواج مغزی غالب است این در حالی است که سایر باندها هم حضور دارند ولی حضور کمرنگ‌تری نسبت به موج غالب دارند. در طی سه دهه‌ی اخیر دانشمندان در فهم اینکه چه راز و رمزهایی در این همهمه امواج نهفته است سرگردان بوده اند ولی اخیرا برخی سرنخ‌هایی یافت شده‌اند. برای مثال در سال ۱۹۹۴ تحقیقات روی موش‌ها نشان داد که الگوهای مشخصی از فعالیت نوسانی در حین خواب آیینه تمام نمای فعالیت‌هایی است که قبلا در بیداری حین یادگیری شکل گرفته اند. محققان پیشنهاد داده‌اند که این امواج برای تثبیت حافظه می‌توانند مفید باشند.
امواج مغزی به نظر می رسد بر روی درک آگاهانه تأثیرگذار باشند. آقای راند ولف هلفریچ و همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا برکلی، روشی برای افزایش یا کاهش نوسانات گاما در حول و حوش ۴۰ هرتز ابداع کرده‌اند. این روش که یک فن غیرتهاجمی محسوب می‌شود، تحریک فراجمجمه ای با جریان متناوب (tACS) نام دارد. آنها با درهم پیچیدن این نوسانات، توانستند روی درک یک فرد از ویدئویی از نقاط متحرک با حرکت افقی یا عمودی تأثیر بگذارند.
نوسانات همچنین مکانیسم بالقوه ای برای چگونگی ایجاد یک تجربه منسجم از سمفونی آشوب گونه‌ی محرک‌هایی که حس‌های مختلفی را درگیر می‌کنند، فراهم می‌آورد. معمایی که “مشکل اتصال” نامگذاری است. با همگام سازی نرخ‌های شلیک نورون‌های پاسخ‌دهنده به‌اتفاقی مشابه، امواج مغزی احتمالا این اطمینان را ایجاد می کنند که تمامی اطلاعات مرتبط با یک موضوع به یک ناحیه‌ی صحیح در مغز در زمان دقیقا درستی برسند. رابرت نایت که دانشمند علوم اعصاب در دانشگاه کالیفرنیاست می‌گوید هماهنگ‌سازی این سیگنال‌ها کلید ادراک است.
نوسانات سالم و ناسالم
این نوسانات می‌توانند توسط برخی ناهنجاری‌های خاص مختل شوند. برای مثال در بیماری پارکینسون مغز معمولاً شروع به افزایش امواج بتا در نواحی حرکتی از مغز می‌کند که حرکات در نواحی بدنی مربوطه مختل شده اند. در یک مغز سالم، امواج بتا پیش از شروع هر حرکت بدنی سرکوب می‌شوند، اما در بیماری پارکینسون به نظر میرسد که نورون‌ها در یک الگوی هماهنگ شده و همگام از فعالیت شبکه عصبی گیر می‌افتند. و این موضوع منجر به سفتی عضلانی و مشکلات حرکتی می‌شود. پیتر بروان، محققی که بر روی بیماری پارکینسون در دانشگاه آکسفورد کار می‌کند ادعا می‌کند درمان‌های اخیر نشانه‌های بیماری اعم از تحریک عمقی مغزی و داروی لوودوپا احتمالا از طریق کاهش امواج بتا عمل می‌کنند.
افراد مبتلابه آلزایمر، با کاهش نوسانات گاما روبرو هستند. از ین رو Tsai و همکاران با سؤالی مبنی بازیابی فعالیت موج گاما روبرو بودند و اینکه آیا چنین کاری می‌تواند اثری روی بیماری داشته باشد؟
آنها شروع به استفاده از اپتوژنتیک کردند که در آن سلول‌های مغزی مهندسی می‌شوند تا مستقیماً به فلش نور پاسخ دهند. در سال ۲۰۰۹ گروه Tsai در همکاری با کریستوفر مور از دانشگاه MIT توانستند برای اولین بار نشان دهند که ممکن است بتوان از تکنیکی استفاده کرد که نوسانات گاما را در ناحیه‌ی خاصی از مغز موش ایجاد کند.
Tsai و همکارانش همچنین یافتند که تغییرات امواج می تواند روشی برای تغییر بسیاری پدیده های زیستی در مغز باشد. برای مثال می تواند آغازگر تغییرات در فرایند بیان ژنها در سلول‌های میکرو گلیا (سلول‌های ایمنی مغز) و تغییر شکل آنها باشد. این سلول‌ها به‌سرعت وارد حالت بیگانه‌خواری شده و آنها را قادر می‌سازد تا خوشه های مضر مانند آمیلوئید بتا را بهتر از بین ببرند. نقش سلول‌های ایمنی مانند میکروگلیا در مغز به شکل باورنکردنی مهم است و کمتر هم بدان پرداخته‌شده است. و امروزه یکی از بهترین حیطه‌ها برای تحقیقات محسوب می‌شود.
اگر این روش در درمان موثر باشد Tsai و همکارانش باید در پی یافتن راهی برای دستکاری امواج مغزی به‌صورت کمتر تهاجمی می بودند. قبلا نشان داده شد بود که نورهای چشمک‌زن در فرکانس‌های خاصی روی برخی از نواحی مغز تأثیر می‌گذراند. پس محققان به سراغ بارقه های نور رفتند. آنها موش‌های جوان مستعد ساخت آمیلویید را به مدت یک ساعت در معرض نور LED چشمک‌زن قرار می‌دادند. این باعث ایجاد یک افت در میزان آمیلویید شناور آزاد می‌گشت اما دائی نبوده و کمتر از ۲۴ ساعت طول کشیده و فقط محدود به قشر بینایی بود.
برای دست‌یابی به تأثیر طولانی‌تر، بر روی حیوانات با پلاکهای آمیلوئید، آزمایش را در طی مدت یک هفته روزی یک ساعت ادامه دادند اما این بار از موش‌های پیرتر که در آنها پلاک در حال شکل‌گیری بود استفاده کردند. بیست‌وچهار ساعت پس از پایان آزمایش، این حیوانات کاهش ۶۷ درصدی در پلاک در کورتکس بینایی را در مقایسه با گروه کنترل نشان دادند. این گروه تحقیقاتی همچنین یافتند که این تکنیک می‌تواند پروتئین tau که نشانه بارز دیگری از بیماری آلزایمر است را کاهش دهد.
پلاکهای آلزایمر اولین تأثیرات منفی خودشان را بر روی هیپوکمپ و نه کورتکس بینایی می‌گذارند. گروه Tsai جهت تحریک نوسانات درجایی که لازم داشتند، تکنیک‌های دیگری را نیز بررسی کردند. آنها یک نویز چهل هرتزی که به نظر می‌آمد سبب کاهش آمیلوئید در هیپوکمپ شود را برای جوندگان پخش کردند. شاید علت این انتخاب این بوده است که ناحیه‌ی هیپوکمپ به کورتکس شنوایی نسبت به بینایی نزدیک‌تر است.
Tsai و همکارش اد بویدن، یک محقق علوم اعصاب در دانشگاه MIT حالا یک شرکت را به نام Cognito Therapeutics in در کمبریج تشکیل داده‌اند تا درمان‌های مشابهی را روی انسان‌ها آزمایش کنند. این گروه سال پیش یک آزمایش ایمن را شروع کردند که شامل یک دستگاه نور چشمک‌زن است که به‌صورت عینک بر روی چشم دوازده نفر بیمار آلزایمر قرار می‌گرفت.
هشدار بسیار مهم
مدل موش بیماری آلزایمر یک انعکاس کامل از ناهنجاری انسان نیست و بسیاری از درمانهایی که در جوندگان موفق بوده‌اند در انسان‌ها به شکست‌خورده‌اند. توماس اینسل همیشه به شوخی می گوید: اگر تصمیم داری آلزایمر بگیری، اول موش باش!
افراد دیگری هم به دنبال این هستند که ببینند چگونه دستکاری‌شدن امواج مغزی به افراد آلزایمری کمک می‌کند، امیلیانو سانتارنچی در دانشکده ی پزشکی هاروارد در بوستون ماساچوست گفت ما فکر میکنیم که مطالعه‌ی Tsai بسیار قابل‌توجه است. گروه آنها از tACS برای تحریک مغزی استفاده می کنند و بررسی می کنند که آیا این روش می‌تواند تأثیرات قوی‌تری نسبت به استفاده از نورهای چشمک‌زن داشته باشد یا خیر. او می‌گوید این نوع تحریک می‌تواند نواحی مغز را به‌صورت خاص‌تری نسبت به تحریک حسی مورد هدف قرار دهد. بعد از دیدن نتایج نور چشمک زن جای حرفی باقی نمی ماند که ما باید اثر روش تحریک الکتریکی را در درمان آلزایمر بیازماییم.
گروه وی شروع به انجام آزمایش کلینیکی روی ده نفر بیمار مبتلا به آلزایمر کرده اند بدین صورت که روزانه tACS را برای مدت یک ساعت برای دوهفته دریافت می‌کنند. آزمایش دوم هم با همکاری Boyden و Tsai صورت خواهد گرفت که در آن به دنبال سیگنال‌هایی از میکروگلیا های فعال‌شده و سطوح پروتئینی tau هستند.به نظر میرسد که نتایج این دو آزمایش تا پایان سال حاضر شوند.
Knight می‌گوید که مطالعات Tsai روی حیوان به‌وضوح نشان می‌دهند که امواج مغزی تأثیری بر روی متابولیسم سلولی دارند اما این‌چنین اثر مشابهی نیز در انسان‌ها مشاهده خواهد شد یا خیر هنوز معلوم نیست و در نهایت این داده ها هستند که حرف آخر را خواهند زد.
مطالعات همچنین می‌توانند خطرات را نیز آشکار کنند. نوسانات گاما نوعی از امواج مغزی هستند که به نظر میرسد علت اصلی ایجاد تشنجات در بیماران مبتلا به صرع حساس به نور هستند این را دُرا هرمس یک محقق علوم اعصاب از دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا می‌گوید. او یک اپیزود مشهور از یک انیمیشن ژاپنی را یاد آور می شود که در آن برخی نورهای چشمک‌زن قرمز و آبی موجب ایجاد رعشه در برخی تماشاگران شده بود. افراد زیادی آن اپیزود را مشاهده کردند و تقریباً حدود ۷۰۰ مراجعه بیشتر به بخش‌های اورژانس در همان روز گزارش شد.
ترجمه: نیلوفر توکلی
ویرایش علمی و ادبی: دکتر میر شهرام صفری – وبسایت نوروسافاری
لینک خبر:
- How flashing lights and pink noise might banish Alzheimer’s, improve memory and more
- لینک مقالات:
- Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia | Nature
- Über das Elektrenkephalogramm des Menschen | SpringerLink
- Reactivation of hippocampal ensemble memories during sleep | Science
- Selective Modulation of Interhemispheric Functional Connectivity by HD-tACS Shapes Perception
- Decreased EEG synchronization in Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment – Neurobiology of Aging
- Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses | Nature
- Frontiers | Acoustic Enhancement of Sleep Slow Oscillations and Concomitant Memory Improvement in Older Adults | Frontiers in Human Neuroscience
