طريقة مبتكرة تحسين الإدراك لدى المصابين بـ متلازمة داون

أظهرت العديد من الدراسات فوائد صحيةً عصبيةً من تعريض متطوعين بشريين أو نماذج حيوانية للضوء والصوت و/أو التحفيز اللمسي بتردد "جاما" الدماغي البالغ 40 هرتز.

وفي أحدث بحثٍ من هذا النوع في معهد بيكاور للتعلم والذاكرة ومركز آلانا لمتلازمة داون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجد العلماء أن التحفيز الحسي بتردد 40 هرتز يُحسّن الإدراك وترابط الدوائر العصبية، ويُشجّع نمو خلايا عصبية جديدة لدى الفئران المُعدّلة وراثيًا لمحاكاة متلازمة داون.

وقالت لي هوي تساي، المؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة المنشورة في مجلة بلوس ون، إن النتائج مشجعة، لكنها حذرت أيضًا من الحاجة إلى مزيد من العمل لاختبار ما إذا كانت هذه الطريقة، المسماة "جينوس"، قادرة على تقديم فوائد سريرية للأشخاص المصابين بمتلازمة داون، وقد بدأ مختبرها دراسة صغيرة على متطوعين بشريين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

وقالت تساي: "بينما يظهر هذا العمل، للمرة الأولى، التأثيرات المفيدة لـ GENUS على متلازمة داون باستخدام نموذج فأر غير مثالي، فإننا بحاجة إلى توخي الحذر لأنه لا توجد بيانات حتى الآن تُظهر ما إذا كان هذا يعمل أيضًا في البشر".

فوائد متلازمة داون

في هذه الدراسة، استخدم فريق البحث، بقيادة الباحث محمد رضا الإسلام، وطالب الدراسات العليا السابق برينان جاكسون، نموذج "Ts65Dn" الفأري الشائع الاستخدام لمتلازمة داون.

يُلخص هذا النموذج الجوانب الرئيسية للاضطراب، مع أنه لا يُحاكي تمامًا الحالة البشرية، التي تُسببها نسخة إضافية من الكروموسوم 21.

وفي المجموعة الأولى من التجارب في الدراسة، أظهر الفريق أن ساعة واحدة يوميًا من التعرض للضوء والصوت بتردد 40 هرتز لمدة 3 أسابيع كانت مرتبطة بتحسينات كبيرة في ثلاثة اختبارات قياسية للذاكرة قصيرة المدى - اثنان يتضمنان التمييز بين الجديد والألفة والثالث يتضمن الملاحة المكانية.

وبما أن هذه الأنواع من مهام الذاكرة تنطوي على منطقة في الدماغ تسمى الحُصين، فقد نظر الباحثون إلى النشاط العصبي هناك وقاسوا زيادة كبيرة في مؤشرات النشاط بين الفئران التي تلقت تحفيز GENUS مقابل تلك التي لم تتلقاه.

لفهم كيفية إظهار الفئران المُحفَّزة لتحسن في الإدراك، فحص الباحثون ما إذا كانت خلايا الحُصين قد غيَّرت طريقة تعبيرها عن جيناتها.

ولتحقيق ذلك، استخدم الفريق تقنية تُسمى تسلسل الحمض النووي الريبوزي أحادي الخلية، والتي وفرت قراءة لكيفية نسخ ما يقرب من 16 ألف خلية عصبية وخلايا أخرى لحمضها النووي إلى حمض نووي ريبوزي، وهي خطوة أساسية في التعبير الجيني.

كانت العديد من الجينات التي كان التعبير عنها يختلف بشكل بارز في الخلايا العصبية بين الفئران التي تلقت التحفيز وتلك التي لم تتلقاه مرتبطة بشكل مباشر بتكوين وتنظيم اتصالات الدائرة العصبية التي تسمى المشابك العصبية.

لتأكيد أهمية هذه النتيجة، فحص الباحثون الحُصين مباشرةً لدى الفئران المُحفَّزة والفئران الضابطة، ووجدوا أنه في منطقة فرعية مهمة، وهي التلفيف المسنن ، كان لدى الفئران المُحفَّزة عدد أكبر بكثير من المشابك العصبية.

لم يكتفِ الفريق بفحص التعبير الجيني عبر الخلايا الفردية، بل حلل أيضًا تلك البيانات لتقييم وجود أنماط تنسيق بين جينات متعددة. وبالفعل، وجدوا العديد من هذه "الوحدات" للتعبير المشترك.

عززت بعض هذه الأدلة فكرة أن الفئران المحفزة بتردد 40 هرتز حققت تحسينات مهمة في الاتصال المشبكي، إلا أن اكتشافًا رئيسيًا آخر سلّط الضوء على دور TCF4، وهو منظم رئيسي لنسخ الجينات اللازم لتوليد خلايا عصبية جديدة، أو ما يُعرف بـ"تكوين الخلايا العصبية".

أشار تحليل الفريق للبيانات الجينية إلى نقص التعبير الجيني لجين TCF4 لدى فئران متلازمة داون، إلا أن الباحثين لاحظوا تحسنًا في التعبير الجيني لجين TCF4 لدى الفئران المُحفَّزة بجين GENUS.

عندما ذهب الباحثون إلى المختبر لتحديد ما إذا كانت الفئران تُظهر أيضًا اختلافًا في تكوين الخلايا العصبية، وجدوا دليلًا مباشرًا على أن الفئران المُحفَّزة أظهرت نموًا أكبر في التلفيف المسنن مقارنةً بالفئران غير المُحفَّزة.

وأشار الباحثون إلى أن هذه الزيادات في التعبير عن TCF4 وتكوين الخلايا العصبية هي ارتباطية فقط، لكنهم افترضوا أن الزيادة في الخلايا العصبية الجديدة من المرجح أن تساعد في تفسير بعض الزيادة في المشابك العصبية الجديدة وتحسن وظيفة الذاكرة قصيرة المدى على الأقل.

وقال الباحثون: "إن زيادة المشابك الوظيفية المفترضة في التلفيف المسنن من المرجح أن تكون مرتبطة بزيادة تكوين الخلايا العصبية لدى البالغين التي لوحظت في فئران متلازمة داون بعد علاج GENUS".

ووجد الباحثون أيضًا أدلة على أن الفئران التي تلقت تحفيزًا احتفظت بعدد أكبر من الخلايا في الحُصين التي تُعبر عن بروتين الريلين.

تُعتبر الخلايا العصبية المُعبرة عن الريلين عُرضةً للخطر بشكل خاص في مرض الزهايمر، إلا أن التعبير عن هذا البروتين يرتبط بالمرونة المعرفية في ظل مرض الزهايمر، الذي تُصاب به فئران Ts65Dn.

يُصاب حوالي 90% من المصابين بمتلازمة داون بمرض الزهايمر، عادةً بعد سن الأربعين.

وقال الباحثون إنه مع دراسات أخرى، فإن النتائج الجديدة تضيف دليلاً على أن جينوس يساعد على تحفيز الدماغ على المستوى الخلوي والجزيئي لتكوين استجابة متوازنة للاضطرابات الناجمة عن أمراض معينة، سواء كانت التنكس العصبي في مرض الزهايمر، أو إزالة الميالين في الدماغ الكيميائي، أو عجز تكوين الخلايا العصبية في متلازمة داون.