مطالعات زیادی از سوی گروه‌های پژوهشی مختلف نشان داده‌اند که تحریک حسی انسان یا حیوانات با نور، صدا یا لمس در فرکانس ۴۰ هرتز، که متناظر با ریتم گامای مغزی است، می‌تواند مزایای قابل‌توجهی برای سلامت مغز به همراه داشته باشد. در جدیدترین پژوهش از مؤسسه پیکاور برای یادگیری و حافظه و مرکز آلانا برای سندرم داون در MIT، دانشمندان دریافتند که تحریک حسی در فرکانس ۴۰ هرتز باعث بهبود عملکرد شناختی، تقویت ارتباطات عصبی و تحریک رشد نورون‌های جدید در موش‌هایی شد که از نظر ژنتیکی برای شبیه‌سازی سندرم داون اصلاح شده بودند.
لی-هویی تسای، استاد مؤسسه پیکاور و نویسنده ارشد این مطالعه که در مجله PLOS ONE منتشر شده، ضمن امیدوارکننده خواندن نتایج، تأکید کرد که همچنان به مطالعات بیشتری نیاز است تا مشخص شود آیا این روش که با نام GENUS (Gamma Entrainment Using Sensory Stimulation) شناخته می‌شود، می‌تواند برای انسان نیز مزایای بالینی داشته باشد. آزمایش کوچکی در همین راستا بر روی داوطلبان انسانی در MIT آغاز شده است.
تسای، که همچنین مدیر مؤسسه پیکاور و مرکز آلانا است، گفت: “این نخستین بار است که اثرات مفید GENUS در مدل حیوانی سندرم داون نشان داده می‌شود، اما باید احتیاط کنیم، زیرا هنوز داده‌ای نداریم که اثربخشی آن در انسان را تأیید کند.”
با این حال، مقاله جدید شواهدی به مجموعه تحقیقات افزوده که نشان می‌دهند GENUS می‌تواند یک پاسخ ترمیمی گسترده و هموستاتیک در مغز ایجاد کند. اغلب مطالعات قبلی GENUS بر بیماری آلزایمر متمرکز بوده‌اند، اما اثرات مثبتی در شرایطی مانند “chemo brain” (اختلال شناختی ناشی از شیمی‌درمانی) و سکته نیز دیده شده است.
اثرات در مدل سندرم داون
در این مطالعه، تیم به رهبری دکترRezaul Islam و برنان جکسون، از مدل رایج Ts65Dn استفاده کرد که برخی ویژگیهای کلیدی سندرم داون را تقلید می‌کند، اگرچه به دلیل آنکه سندرم داون ناشی از داشتن یک نسخه اضافه از کروموزوم ۲۱ است، این مدل حیوانی بازتاب کامل وضعیت انسانی نیست.
در نخستین مجموعه آزمایش‌ها، مشخص شد که روزانه یک ساعت تحریک با نور و صدای ۴۰ هرتز به مدت سه هفته، باعث بهبود معنادار در سه تست استاندارد حافظه کوتاه‌مدت شد—دو تست برای تشخیص تفاوت بین اشیای جدید و آشنا، و یکی برای مسیریابی. این نوع حافظه‌ها با ناحیه‌ای از مغز به نام هیپوکامپ مرتبط‌اند، بنابراین پژوهشگران فعالیت عصبی این ناحیه را بررسی کردند و دریافتند که شاخص‌های فعالیت عصبی در موش‌هایی که تحت تحریک GENUS بودند به‌طور معناداری افزایش یافته است.
برای درک بهتر این بهبودهای شناختی، محققان بررسی کردند که آیا بیان ژن در سلول‌های هیپوکامپ تغییر کرده است. آن‌ها با استفاده از فناوری توالی‌یابی RNA در سطح تک‌سلولی، داده‌های مربوط به بیان ژن نزدیک به ۱۶۰۰۰ سلول—شامل نورون‌ها و دیگر سلول‌ها—را تحلیل کردند. در بین ژن‌هایی که بیان آن‌ها تفاوت چشمگیری داشت، بسیاری با تشکیل و سازمان‌دهی سیناپس‌ها، یعنی نقاط اتصال نورون‌ها، مرتبط بودند.
برای تأیید این یافته، آن‌ها هیپوکامپ موش‌های تحریک‌شده و کنترل را مستقیماً بررسی کردند و دریافتند که در ناحیه‌ای حیاتی به نام dentate gyrus، موش‌های تحریک‌شده سیناپس‌های بیشتری دارند.
تحلیل‌های ژنتیکی عمیق‌تر
پژوهشگران نه‌تنها بیان ژن در سلول‌های منفرد را بررسی کردند، بلکه الگوهای هماهنگی میان چندین ژن را نیز تحلیل کردند. آن‌ها چندین «ماژول هم‌بیانی» یافتند که برخی از آن‌ها به‌وضوح با بهبود ارتباطات سیناپسی مرتبط بودند. یک یافته مهم دیگر، نقش ژن TCF4 بود—یکی از تنظیم‌کننده‌های کلیدی بیان ژن برای نورون‌زایی (تولید نورون‌های جدید). تحلیل‌های ژنتیکی نشان داد که بیان TCF4 در موش‌های مدل سندرم داون کاهش یافته، اما در موش‌هایی که تحت تحریک GENUS قرار گرفته بودند، افزایش پیدا کرده است. آزمایش‌های تجربی نشان داد که این افزایش با افزایش تعداد نورون‌های جدید در dentate gyrus همراه است. اگرچه این همبستگی علیت را اثبات نمی‌کند، پژوهشگران گمان دارند که نورون‌زایی افزایش‌یافته نقش مهمی در بهبود سیناپس‌ها و حافظه کوتاه‌مدت دارد.
Islam توضیح داد:”افزایش احتمالی سیناپس‌های عملکردی در dentate gyrus، به احتمال زیاد با نورون‌زایی بزرگسالی مرتبط است که در موش‌های سندرم داون پس از درمان با GENUS مشاهده شده است.”
این نخستین مطالعه‌ای است که ارتباط بین GENUS و افزایش نورون‌زایی را مستند می‌کند.
تحلیل‌های ژنی همچنین بینش‌های کلیدی دیگری نیز به همراه داشت. یکی از آن‌ها این بود که مجموعه‌ای از ژن‌ها که معمولاً با افزایش سن و در بیماری آلزایمر کاهش می‌یابند، در موش‌هایی که تحت تحریک ۴۰ هرتز قرار گرفته بودند، در سطح بالاتری بیان می‌شدند.
همچنین، پژوهشگران دریافتند که موش‌های تحریک‌شده، سلول‌های بیشتری در هیپوکامپ دارند که پروتئین Reelin تولید می‌کنند. این سلول‌ها در بیماری آلزایمر آسیب‌پذیرند، اما بیان این پروتئین با تاب‌آوری شناختی در برابر آسیب‌های بیماری آلزایمر مرتبط است—بیماری‌ای که حدود ۹۰% از مبتلایان به سندرم داون پس از سن ۴۰ سالگی دچار آن می‌شوند.
Islam گفت:”در این مطالعه مشاهده کردیم که GENUS باعث افزایش درصد نورون‌های Reelin+ در هیپوکامپ مدل موشی سندرم داون می‌شود، که نشان می‌دهد ممکن است این روش موجب تقویت تاب‌آوری شناختی شود.”
به گفته تسای و Islam، این یافته‌ها در کنار سایر مطالعات، شواهدی فزاینده ارائه می‌کنند مبنی بر اینکه GENUS می‌تواند با تحریک مغز در سطح سلولی و مولکولی، یک پاسخ هموستاتیک ترمیمی به آسیب‌های بیماری‌زا—چه تحلیل عصبی در آلزایمر، چه از بین رفتن میلین در “chemo brain”، یا کاهش نورون‌زایی در سندرم داون—ایجاد کند.
با این حال، نویسندگان با توجه به محدودیت‌ها، اشاره کرده‌اند: مدل Ts65Dn بازتاب کاملی از سندرم داون انسانی نیست، تمامی موش‌های مورد استفاده نر بودند، آزمون‌های شناختی فقط حافظه کوتاه‌مدت را ارزیابی کردند، و در نهایت، این مطالعه اگرچه بر تغییرات بیان ژن در هیپوکامپ تمرکز داشت، اما به سایر نواحی مهم مغز مانند قشر پیش‌پیشانی نپرداخته است.
منبع:
Multisensory gamma stimulation enhances adult neurogenesis and improves cognitive function in male mice with Down Syndrome, DOI: 10.1371/journal.pone.0317428
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک
