علماء يكشفون عن إشارات دماغية تميز مرض باركنسون عن الرعشة الأساسية

تمكن باحثون من تحديد علامة كيميائية عصبية تميز مرض باركنسون عن الرعشة الأساسية، وهما اثنان من أكثر اضطرابات الحركة شيوعًا، ولكن كل منهما مرتبط بتغييرات مميزة في الدماغ.

في دراسة نشرت في مجلة Nature Communications، حدد علماء من معهد فرالين للأبحاث الطبية الحيوية في VTC وكلية العلوم في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا أنماط إشارات كيميائية فريدة من نوعها لاثنين من الناقلات العصبية الرئيسية - الدوبامين والسيروتونين - والتي تميز هذين الاضطرابين.

وقال ريد مونتاجو، وهو عالم في معهد فرالين للأبحاث الطبية الحيوية ومؤلف مشارك كبير، والذي قام مع زملائه بتطوير التقنيات متعددة الأوجه والبنى النظرية للعمل على مدى 15 عامًا في معهد الأبحاث، "تعتمد هذه الدراسة على عقود من العمل".

قال مونتاجو، مدير مركز أبحاث علم الأعصاب البشري في المعهد: "من تكييف نظرية الألعاب السلوكية لتتحول إلى أداة تعمل كالاختبارات الطبية، إلى تطوير نماذج تعلم آلي قادرة على رصد كيمياء الدماغ آنيًا، لطالما سعينا إلى ترجمة هذه الرؤى إلى شيء مفيد سريريًا".

وأضاف: "هذه الدراسة تُمثل خطوةً واضحةً في هذا الاتجاه".

ركز الباحثون على منطقة الدماغ المسؤولة عن اتخاذ القرار ومعالجة المكافأة، وهي المنطقة المذنبة من الجسم المخطط.

وباستخدام تقنية كهروكيميائية معززة بالتعلم الآلي أثناء جراحة التحفيز العميق للدماغ (DBS) على مرضى الرعشة الأساسية ومرض باركنسون، قام الفريق بقياس التقلبات السريعة بينما كان المرضى يلعبون لعبة تتضمن عروضًا عادلة وغير عادلة - وهي مهمة مصممة لفهم عملية صنع القرار وكيمياء الدماغ.

وفي دراسة مبكرة ظهرت من هذا العمل في عام 2018 في مجلة Neuropsychopharmacology، كشف الباحثون عن أول تسجيلات على الإطلاق لتقلبات متزامنة في أجزاء من الثانية من الدوبامين والسيروتونين أثناء اتخاذ القرار النشط في إنسان واع.

لقد مهد الاختراق المبكر الطريق للأحدث.

وقال ويليام "مات" هاو، المؤلف المشارك الرئيسي: "لقد تم جمع البيانات منذ ما يقرب من ثماني سنوات من قبل مونتاغيو وفريقه في معهد الأبحاث وزملائهم في جامعة ويك فورست، لكننا عدنا إليها بأدوات أفضل ومنظور جديد - وأخيرًا رأينا ما كان موجودًا طوال الوقت".

صعود وهبوط المواد الكيميائية العصبية

خلال جراحات تحفيز الدماغ العميق في عامي 2017 و2018، ساعد جراحا الأعصاب في جامعة ويك فورست أدريان لاكستون وستيفن تاتر في إجراء التسجيلات باستخدام أقطاب ألياف الكربون في مرضى باركنسون والرعشة الأساسية أثناء لعبهم لعبة يقبلون فيها العروض أو يرفضونها.

تم تنفيذ بروتوكول البحث خلال جزء من الجراحة حيث يقوم جراحو الأعصاب بالفعل بمراقبة نشاط الدماغ في الوقت الحقيقي لتحديد منطقة صغيرة مستهدفة من الدماغ بدقة للتحفيز الكهربائي لعلاج أعراض الاضطرابات.

وفي الدراسة التي نشرتها مجلة Nature Communications، طبق الباحثون نموذجًا حسابيًا لتتبع كيفية تشكيل هؤلاء المرضى وتعديل توقعاتهم أثناء اللعبة، وكشف أنماط الإشارات الكيميائية المميزة المرتبطة بكل اضطراب.

لدى الأشخاص المصابين بالرعشة الأساسية، حفّزت العروض المالية التي خالفت توقعاتهم أثناء اللعبة نمطًا متذبذبًا، حيث ارتفعت مستويات الدوبامين، بينما انخفضت مستويات السيروتونين.

عكست هذه الاستجابة المتعارضة، حيث ارتفع أحد الناقلين العصبيين مع انخفاض الآخر، أنماطًا لوحظت في دراسات سابقة لنشاط الدماغ أثناء اتخاذ القرار.

وفي أحدث النتائج، كانت هذه الإشارة العصبية الكيميائية المتبادلة غائبة لدى المرضى المصابين بمرض باركنسون.

ومن المعروف أن الخلايا العصبية المنتجة للدوبامين تموت في مرض باركنسون، لذا توقع الباحثون أن يكون الدوبامين هو الفارق الكيميائي الأكثر وضوحًا في الدماغ.

ولكن عندما نظروا عن كثب ــ باستخدام أدوات متطورة ونموذج لكيفية تشكيل الناس للتوقعات ــ لم يكن الدوبامين هو العامل الأكثر تميزا بين مرض باركنسون والرعشة الأساسية.

وبدلاً من ذلك، كان السيروتونين هو الناقل العصبي المختلف الذي لم يكن بارزًا في نظريات مرض باركنسون، مما فتح منظورًا جديدًا وبصيرة علمية وسريرية قوية محتملة في هذا المرض.

وقال هاو: "ما فاجأنا هو مدى ظهور السيروتونين".

لم يقتصر الأمر على تعطل الدوبامين فحسب، بل تلاشى أيضًا التفاعل الطبيعي بين الدوبامين والسيروتونين. لم يحدث انخفاض في السيروتونين ولا ارتفاع في الدوبامين. لم يتعطل نظام واحد فقط، بل إن غياب ذلك التفاعل الديناميكي هو أوضح فرق بين مرض باركنسون والرعشة الأساسية.

اتبع النموذج الحاسوبي شكلاً من أشكال التعلم الآلي يُعرف باسم التعلم التعزيزي، والذي حسّن تدريجيًا قدرته على اكتشاف الأنماط مع معالجة المزيد من البيانات من التجارب السابقة، وقد أكدت أعمال سابقة أجراها مونتاج وزميله تيري لورينز أهمية هذه العملية على مستوى الخلايا العصبية والسلوك، ممهدةً الطريق لهذه السلسلة الجديدة من التجارب والتحليلات.

قام المؤلفان المشاركان أليك هارتل، وبول ساندز، بإعادة صياغة المهمة باستخدام "نموذج المراقب المثالي" - وهي أداة إحصائية تأخذ في الاعتبار المكافآت والنتائج وتحاكي أفضل أداء لمهمة محددة.

وقد أجرى هارتل تجارب على الفئران لإثراء هذا النهج، الأمر الذي ساعد ساندز على تحسين النموذج الإحصائي وتطبيقه لاستخراج رؤى جديدة من سلوك اتخاذ القرار لدى المرضى البشر.

قال هاو: "ما أضافوه كان نموذجًا حاسوبيًا لما توقعه المشاركون".

وأضاف: "عندما أعدنا صياغة البيانات بهذه الطريقة، تمكنا من كشف اختلاف في كيفية استجابة الدماغ في هاتين المجموعتين من المرضى".

ولاحظ الباحثون أن بعض أخطاء التنبؤ - عدم التطابق بين ما توقعه المشاركون في البحث وما تلقوه - أدت إلى تغييرات في نشاط السيروتونين، والتي كانت بمثابة مؤشرات قوية على المرض الذي يعاني منه المريض.

مرض باركنسون

يصيب مرض باركنسون حوالي مليون شخص في الولايات المتحدة وأكثر من 10 ملايين شخص حول العالم، وفقًا لمؤسسة باركنسون. الرعشة الأساسية أكثر شيوعًا، إذ تُقدر بنحو 7 ملايين أمريكي، وفقًا لبحث أجراه علماء جامعة كولومبيا.

قال دان بانج، أحد مؤلفي الدراسة: "من القوي للغاية ربط التغيرات اللحظية في المعتقدات الداخلية - ما يتوقعه الشخص من الآخرين - بإشارات كيميائية قابلة للقياس في الدماغ، وهذا يفتح نافذة جديدة على مدى تأثير المرض على العمليات الإدراكية البشرية، مثل التقييم الاجتماعي".