Beyin Uyarımı Farelerde Hafızayı ve Yeni Hücre Oluşumunu Artırdı

Giderek artan sayıda laboratuvarın çalışmaları, ışık, ses veya dokunsal uyarımların beynin gamma frekansı ritmi olan 40Hz'de uygulanmasının nörolojik sağlık açısından faydalar sağladığını gösteriyor. MIT'deki Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü ile Alana Down Sendromu Merkezi'nde yapılan son araştırmada bilim insanları, 40Hz duyusal uyarımın Down sendromunu modellemek üzere genetik olarak tasarlanmış farelerde bilişsel yetenekleri ve beyin bağlantılarını iyileştirdiğini, ayrıca yeni sinir hücrelerinin büyümesini teşvik ettiğini buldu.

Çalışma Fare Modeli Üzerinde Yapıldı

PLOS ONE dergisinde yayımlanan yeni çalışmanın kıdemli yazarı Li-Huei Tsai, sonuçların umut verici olduğunu ancak Duyusal Uyarım Kullanılarak Gama Senkronizasyonu (GENUS) adı verilen bu yöntemin Down sendromlu insanlar için klinik faydalar sağlayıp sağlayamayacağını test etmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulduğunu belirtti. Laboratuvarı, MIT'de insan gönüllülerle küçük bir çalışma başlattı. Araştırma ekibi, çalışmada yaygın olarak kullanılan Ts65Dn Down sendromu fare modelini kullandı. Bu model, hastalığın temel özelliklerini yansıtmakla birlikte, fazladan bir 21. kromozom kopyası taşımaktan kaynaklanan insan durumunu tam olarak taklit etmiyor. Tsai, bu çalışmanın ilk kez kusurlu bir fare modeli kullanarak GENUS'un Down sendromu üzerindeki faydalı etkilerini gösterdiğini, ancak bunun insanlarda da işe yarayıp yaramadığına dair henüz veri olmadığını vurguladı.

Uyarımlar Farelerin Beynini Nasıl Etkiledi?

Çalışmanın ilk deneylerinde ekip, üç hafta boyunca günde bir saat 40Hz ışık ve ses maruziyetinin, farelerde üç standart kısa süreli hafıza testinde (yenilik ve tanıdıklığı ayırt etme ile mekansal yön bulma) önemli iyileşmelerle ilişkili olduğunu gösterdi. Bu tür hafıza görevleri beynin hipokampus bölgesini içerdiği için, araştırmacılar bu bölgedeki sinir aktivitesini inceledi ve GENUS uyarımı alan farelerde almayanlara göre aktivite göstergelerinde belirgin bir artış ölçtü. Araştırmacılar, uyarılmış farelerin bilişsel yeteneklerinin nasıl geliştiğini daha iyi anlamak için hipokampustaki hücrelerin gen ifadelerini nasıl değiştirdiğini inceledi. Yaklaşık 16.000 bireysel sinir hücresinin DNA'larını RNA'ya nasıl dönüştürdüğünü (gen ifadesinin önemli bir adımı) analiz ettiler. Uyarım alan ve almayan fareler arasındaki sinir hücrelerinde ifadesi en belirgin şekilde değişen genlerin birçoğu, sinaps adı verilen sinir bağlantılarının oluşumu ve düzenlenmesiyle doğrudan ilgiliydi. Bu bulgunun önemini doğrulamak için araştırmacılar, uyarılmış ve kontrol farelerinin hipokampusunu doğrudan inceledi. Kritik bir alt bölge olan dentate gyrus'ta, uyarılmış farelerin belirgin şekilde daha fazla sinapsa sahip olduğunu buldular.

Yeni Sinir Hücrelerinin Oluşumu Artıyor

Ekip, gen ifadesi verilerini analiz ederek birden fazla gen arasında koordinasyon modelleri olup olmadığını da değerlendirdi. Bu analizler, sinaps bağlantılarındaki iyileşmeleri desteklemenin yanı sıra, yeni sinir hücrelerinin oluşumu (nörogenez) için gerekli bir gen düzenleyicisi olan TCF4'ün rolüne dikkat çekti. Genetik veri analizleri, Down sendromlu farelerde TCF4'ün yeterince ifade edilmediğini, ancak GENUS uyarımı alan farelerde TCF4 ifadesinin iyileştiğini düşündürdü. Araştırmacılar laboratuvarda farelerde nörogenezde de bir farklılık olup olmadığını incelediğinde, uyarılmış farelerin dentate gyrus bölgesinde uyarım almayanlara göre daha fazla yeni sinir hücresi gösterdiğine dair doğrudan kanıt buldu. Araştırmacılar, TCF4 ifadesindeki ve nörogenezdeki bu artışların sadece ilişkisel olduğunu belirtmekle birlikte, yeni sinir hücrelerindeki artışın, yeni sinapslardaki artışı ve kısa süreli hafıza fonksiyonundaki iyileşmeyi kısmen açıkladığını düşünüyorlar. Bu çalışma, GENUS'un nörogenez artışı ile ilişkili olduğunu belgeleyen ilk çalışmadır.

Yaşlanma ve Diğer Durumlarla İlişkisi İnceleniyor

Gen ifadesi modüllerinin analizi başka önemli bilgiler de sağladı. Normal yaşlanma ve Alzheimer hastalığında ifadesi tipik olarak azalan bir gen kümesinin, 40Hz duyusal uyarım alan farelerde daha yüksek seviyelerde kaldığı görüldü. Araştırmacılar ayrıca, uyarım alan farelerin hipokampuslarında Reelin adı verilen bir proteini ifade eden daha fazla hücre tuttuğuna dair kanıt buldu. Reelin ifade eden sinir hücreleri Alzheimer hastalığında özellikle savunmasızdır, ancak bu proteinin ifadesi, Ts65Dn farelerinde gelişen Alzheimer hastalığı patolojisi karşısında bilişsel esneklikle ilişkilidir. Down sendromlu kişilerin yaklaşık yüzde 90'ı, genellikle 40 yaşından sonra Alzheimer hastalığı geliştiriyor. Tsai ve diğer araştırmacılar, yeni sonuçların GENUS'un hücresel ve moleküler düzeyde beyni uyararak, Alzheimer'daki sinirsel bozulma, kemoterapiye bağlı beyin etkilerindeki miyelin kaybı veya Down sendromundaki nörogenez eksiklikleri gibi hastalık patolojisinin neden olduğu sapmalara karşı bir homeostatik (dengeleyici/iyileştirici) yanıt oluşturmaya yardımcı olduğuna dair kanıtları artırdığını söylüyor.

Çalışmanın Bazı Sınırlılıkları Bulunuyor

Yazarlar, çalışmanın bazı sınırlılıkları olduğunu da vurguladı. Ts65Dn modelinin insan Down sendromunun kusurlu bir yansıması olmasının yanı sıra, kullanılan farelerin hepsi erkekti. Ayrıca, çalışmadaki bilişsel testler sadece kısa süreli hafızayı ölçtü. Son olarak, çalışma GENUS uyarımı altında hipokampustaki gen ifadesi değişikliklerini kapsamlı bir şekilde incelemede yenilikçi olsa da, prefrontal korteks gibi bilişsel olarak kritik diğer beyin bölgelerindeki değişikliklere bakmadı. Çalışmanın finansmanı Alana Down Sendromu Merkezi (MIT), Alana USA Vakfı, Ulusal Bilim Vakfı ve diğer fon sağlayıcılar tarafından desteklendi.