Verevool Võib Olla Närviprotsesside Võtmemängija

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-07-27 17:19

M. I. T. teadlane usub, et kui verevool mõjutab tegelikult neuronite käitumist, oleks fMRI veelgi võimsam vahend selliste haiguste diagnoosimiseks nagu Alzheimeri tõbi ja skisofreenia.

Vere võidusõit läbi ajupiirkonna anumavõrgu on märk sellest, et selle piirkonna närvirakud on tööle hakanud. Veri tormab aktiivsetesse piirkondadesse, et varustada tulistavaid neuroneid energiaks vajaliku hapniku ja glükoosiga.

Just seda verevoolu, mis võib kesta kuni minut, jälgivad teadlased funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) abil, et teha kindlaks, millised ajupiirkonnad reageerivad erinevatele stiimulitele. Kuid uus teooria võib sillutada teed fMRI piltide ümbertõlgendamisele, tõstes nende mõõtmised tegeliku neuronite töötlemise hindamisele, mitte sellele järgnevale verevoolule, mis sellele kaudselt viitab, ja suurendades seeläbi fMRI kasulikkust neuroloogiliste probleemide diagnoosimisel.

Massachusettsi tehnoloogiainstituudi McGovernani ajuuuringute instituudi neuroteaduste professor Christopher Moore kirjeldas oma hüpoteesi hiljutises ajakirjas Journal of Neurophysiology avaldatud artiklis. Sisuliselt viitab see vere rollile ajukoores (peamises aju töötlemiskeskuses), mis on rohkem kui lihtsalt toitainete toomine rakku, see võib muuta ka kohalike neuronaalsete ahelate aktiivsust. Näiteks on Moore oma laboris tehtud katsetes näinud, et verevool võib jõuda piirkonda, mis enne stiimuli ilmumist töötleb teavet esitatud stiimulist teatud mõttes (nt puudutus, nägemine, kuulmine), vihjates sellele, et vooluga saab vooluahelat käivitada ka tegevuse jaoks.

Teadlaste hinnangul suureneb verevool ajupiirkondades 40 protsenti, kui neuronid hakkavad tuld andma (või saadavad elektroonilisi impulsse), samas kui rakkude vastav ainevahetuskiirus suureneb ainult 4 protsenti, see tähendab, et rakk vajab ainult kümnendikku veri, mida see tarnitakse taaselustamiseks. "[Neuroteadlased] nimetavad seda lahknevust voolu ja ainevahetuse" lahtihaakimiseks "," ütleb Harvardi meditsiinikooli radioloogia dotsent ja teadlane Kenneth Kwong koos Seiji Ogawaga, kellele üldiselt omistatakse fMRI väljatöötamist.

Moore usub, et lahknevuse põhjuseks võib olla see, et veri mitte ainult ei toida rakke, vaid võib olla ka infotöötluses tihedalt seotud.

Kui see on tõsi, peaks Moore ütlema, et veri tuleks arvesse võtta mis tahes neuronite töötlemise mudelis - kuidas aju närvirakud aktiveeritakse, kuidas impulsid nende vahel edastatakse, kui kaua tegevus kestab ja kuidas see lõpetatakse. Lisaks fMRI mõõtmise muutmisele võivad sellised mudelid potentsiaalselt pakkuda uusi vihjeid mõistatuslike häirete põhjustele, nagu Alzheimeri tõbi, hulgiskleroos ja skioofreenia, mis võivad potentsiaalselt sillutada teed ravile, mis hõlmab nii verevoolu korrigeerimist kui ka (või pigem) keemilised puudused.

"Ajalooliselt peavad fMRI teadlased olema veidi vabandavad, sest nad ei vaata [otse] neuronit," ütleb Moore. "fMRI lakkaks olemast teise klassi kodanik; selle asemel muudaks see fMRI palju huvitavamaks tööriistaks … Heisenbergi tüüpi asi [viidates sellele, kuidas kvantseisundi jälgimine seda muudab], kus on see, mida te vaatate tegelikult osa käimasolevast arvutusest. " Lisaks võivad mitme aasta jooksul tehtud skaneeringud ennustada neurodegeneratsiooni, kui teatud ajupiirkonna veresoonkond hakkab nõrgenema. Esialgsed andmed viitavad juba paljudele neuroloogilistele häiretele, näiteks skisofreeniale.

Nn hemo-neuraalne hüpotees mängib kolme koetüüpi: neuronid, neid toitvad veresooned ja astrotsüüdid - tähekujulised närvirakud, mis toetavad ja hooldavad neuroneid. (Astrotsüüdid, mille jalad paiknevad veresoontel, aitavad säilitada ka veresooni ümbritsevaid endoteelirakke ning moodustavad poolläbilaskva vere-aju barjääri, mis vastutab veres kemikaalide imbumise eest ajusse, kui neid pole vaja ainevahetuse või mõne muu funktsiooni jaoks.).

Moore'i sõnul mõjutab veresoonkond seega otseselt või kaudselt (astrotsüütide kaudu) neuroneid. Ta märgib, et veres olevad ained võivad moduleerida neuroni aktiivsust. Kõige tõenäolisem kandidaat on tema sõnul lämmastikoksiid (NO), mis kergesti läbib vere-aju barjääri ja on näidatud nii aju viiludes kui ka loomamudelites, et ergastada (ja mõnel juhul summutada) neuronite tegevust. Veresooned mõjutavad neuroneid ka termilise ja mehaanilise stressi kaudu. Suurenenud verevool võib muuta aju piirkonna kohalikku temperatuuri. Näiteks võib vaid ühe Celsiuse kraadi langus teatud juhtudel vähendada laskemäära. Reeglina suurendab verevoolu muutus temperatuuri aju välistes piirkondades, vähendades samal ajal kesksemate piirkondade temperatuuri. Samal ajal võivad veresoonte rõhk ja maht muuta kogust, mida anumad ajurakkude membraane füüsiliselt mõjutavad. Kui rõhk või maht peaks suurenema, võib anum välja paisuda, blokeerides retseptoreid või ioonikanaleid ning põhjustades seeläbi neuroni elektrilise aktiivsuse vähenemist.

Verevoolu muutus võib ka astrotsüütidel vallandada teatud hormoone või neurotransmittereid. "Kui veresoones midagi toimub," ütleb Moore, "on glia (astrotsüüdid ja muud mitte-neuronaalsed närvirakud) suurepärases olukorras selle tajumiseks." Näiteks võivad astrotsüüdid eritada ergastavat neurotransmitter-glutamaati, mis seondub neuronitega ja võimaldab rakkude tulekahju põhjustavat ioonivahetust.

Esialgsed andmed Moore'i laborist, mis hõlmas ravimit, mis seondub selektiivselt veresoonte retseptoritega (ja võib neid avada või sulgeda), on näidanud, et neuronid võivad verevoolu suurenemisel aktiivsemaks muutuda. M. I. T. rühm proovib nüüd lihasrakkudel arendada valgusega aktiveeritavaid ioonkanaleid, mida nad saaksid selektiivselt kontrollida, et tekitada muutusi verevoolus.

Teooria "toob välja midagi, mida paljud inimesed on ignoreerinud, arvates, et veresooned on tuubid", ütleb Montreali McGilli ülikooli neuroloogiaprofessor Edith Hamel, kelle arvates saab Moore'i teooria kunagi tõeks. "Kuid need on elusrakud … nagu neuronid." Ta võrdleb veresoonte interaktsiooni närvisüsteemis maanteesüsteemi infrastruktuuri omaga. "Oleme alati vaadanud linnast väljuvat kiirteed," ütleb naine. "Peame vaatama ka linna tulijat."

San Diego California ülikooli radioloogiaprofessor Rick Buxton peab ideed intrigeerivaks, kuid on "skeptiline, et verevool on tõesti oluline modulaator". Tema tõlgenduses on verevool vajalik hapniku taseme säilitamiseks koes, sest neuronid võivad hapnikku tavalisest aeglasemalt võtta, kui veri purskab; seetõttu on rakkude õigeks toitmiseks vaja rohkem. Mõne teadlase sõnul on verevoolu ületamise arvessevõtmiseks veel üks võimalus see, et see võib aidata osa neuronite tulistamisest tekkivast soojusest ära kanda. "Kui seal on ka madal neuromodulatsiooni tase, [samuti], on see hea," lisab Buxton.

Moore märgib, et kui veri põhjustab suhteliselt madalat neuromodulatsiooni taset, võib see siiski olla märkimisväärne. "Oletame, et verevool moodustab kortikaalsete neuronite aktiivsuse dispersioonist 5 protsenti," oletab ta. "Viis protsenti neuroni tööst - see on tohutu, kui see ergutab selle skaala järgi erutatavust."

Moore'i teooriat toetavad neurodegeneratiivsete ja psüühiliste häirete uuringud. Näiteks New Yorgi Weill Cornelli meditsiinikolledži neuroloogia ja neuroteaduste professor Constantino Iadecola on oma Alzheimeri tõvega seotud töös leidnud seose veresoonte ja neuronite vahel.

"Oleme esitanud tõendeid, et veresoonkond on esimene asi, mis läheb," ütleb ta, märkides, et Alzheimeri tõvega seotud dementsus jagunes varem kaheks rühmaks: veresoonte poolt indutseeritud (milles neuronid surid vale verevoolu tõttu) ja neurodegeneratsioonist põhjustatud (koos veresoonte kollapsiga pärast närvirakkude surma). "Mis nüüd kirjandusest selgub, on see, et [veresoonte muutused toimuvad] vähemalt sama vara või varem kui neuronaalsed muutused."

Ebanormaalset verevoolu on seostatud ka epilepsiaga, mille põhjuseks on üliaktiivsed neuronid. Ja Moore'i sõnul täheldatakse vaesunud verevarustust skisofreeniat põdevate inimeste aju piirkondades, mis häirega sassi lähevad.

Moore näeb ette, et tulevikus keskendutakse psüühikahäirete ravi uurimisel potentsiaalsetele ravimitele, mis on kavandatud veresoonte sihtimisega neuronite õige funktsiooni säilitamiseks. "Kasulik oleks verevoolu reguleerimine üles ja alla reguleerida," ütleb ta, "samamoodi nagu on kasulik [neurotransmitteri] dopamiini reguleerimine või vähendamine skisofreeniahaigetel."