Исследователи из «Weill Cornell Medical College» разработали компьютерную модель, которая отслеживает, каким образом различные формы деменции распространяются в человеческом мозге, сообщает «WordScience.org». Они заявили, что их математическая модель может быть использована для прогнозирования, где и приблизительно в какое время головной мозг пациента будет страдать от заражения нейрона нейроном (подобные прионам токсичные белки) — процесс, лежащий в основе всех форм слабоумия.
Их выводы о нейронах, опубликованные 22-го марта 2012-го года, могут помочь пациентам и их семьям подтвердить диагноз деменции и заранее готовиться к будущему когнитивному снижению с течением времени. «В эпоху, когда уже будут существовать лекарства против деменции, программа также сможет помочь врачам определить нужные области головного мозга для терапевтического вмешательства», — говорит ведущий исследователь исследования Ашиш Радж, доктор философии, доцент кафедры информатики в «Weill Cornell Medical College».
«Это походит на систему метеорологического радиолокатора, который показывает погодные условия в регионе в течение ближайших 48-ми часов», — говорит доктор Радж. «Нашу модель можно сравнить с базовой магнитно-резонансной томографией человеческого мозга. Она может создавать карту будущего рождения болезни у человека в ближайшие нескольких лет или десятилетий.
«Это может позволить неврологам предсказать, что у пациента в любой момент в будущем могут появиться болезни связанные с нейроанатомией и сопутствующее ей когнитивное состояние. Также они могли бы предсказать, когда у пациента начнёт появляться потеря речи, потеря памяти, поведенческие особенности и так далее», — говорит Радж. «Знание этого, позволит пациентам в будущем сделать осознанный выбор в отношении своего образа жизни и терапевтических вмешательств.
«В какой-то момент мы получим возможность для выявления и улучшения состояния здоровья конкретных областей головного мозга и нервных волокон», — поделился доктор Радж. «В тот момент, правильное прогнозирование будущего анатомического состояния может помочь в выявлении перспективных целевых областей для такого рода вмешательств. Ранняя диагностика будет иметь решающее значение для предотвращения и ликвидации последствий слабоумия».
Отслеживание потока белков
Вычислительная модель, которую разработал доктор Радж, является последней и одной из самых значительных, подтверждений о том, что деменция обусловлена белками, которые распространяются через головной мозг по нейронной сети. Он расширяет выводы, которые широко освещались в феврале месяце, что болезнь Альцгеймера зарождается в определённой области головного мозга и далее распространяется через неправильно свёрнутые, токсичные тау-белки. Эти исследования были проведены учёными медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University) и Массачусетского госпиталя, на мышах и сосредоточены только на болезни Альцгеймера.
В этом исследовании, доктор Радж рассказал о деталях, как он разработал математическую модель течения токсичных белков, а затем продемонстрировал правильность предсказания формы дегенерации, которая приводит к целому ряду различных форм слабоумия.
Он говорит, что его модель основывается на понимании того, что все известные последние формы деменции сопровождаются и вероятно, вызваны нарушенными или «свёрнутыми» белками. Белки имеют определённую форму, в зависимости от конкретной функции — но белки, которые деформируются могут привести к нежелательным токсическим эффектам. Одним из примеров является тау-белок, который находится в свёрнутом состоянии в головном мозге, как у пациентов с болезнью Альцгеймера, так и у пациентов страдающих слабоумием (FTD). Другие белки, такие как «TDP43» и убиквитин, найдены у людей страдающих слабоумием, а альфа-синуклеин имеется у пациентов страдающих болезнью Паркинсона.
Эти белки называются «prion-like», потому что они свёрнуты и вызывают сворачивание других белков, а также касаются конкретных нейронных путей. Прионные заболевания (такие, как коровье бешенство) считаются инфекционными и предполагают передачу свёрнутых белков между людьми. «Пока не существует никаких доказательств, что болезнь Альцгеймера или другие формы слабоумия являются заразными».
Доктор Радж называет свою модель транс-нейронного распространения свёрнутых белков «очень простой». Она моделирует тот же процесс, посредством которого любой газ диффундирует в воздух, кроме того, в случае деменции процесс диффузии происходит вдоль связанных нейронных путей головного мозга.
«Это общий процесс, при котором любые болезнетворные белки могут привести к различным формам слабоумия», — говорит он.
Модель определяет нейронные суб-сети головного мозга, в которых неправильно свёрнутые белки будет собираться, прежде чем перейдут к другим областям головного мозга, которые связаны нейронной сетью. В процессе белки изменяют нормальное функционирование всех областей мозга, которые они посещают.
«Что является новым и действительно замечательным? Это сама сетевая модель распространения, которая действует на нормальную сетевую сеть головного мозга и умеет воспроизводить множество известных аспектов болезни головного мозга при различных формах слабоумия», — говорит доктор Радж. «Это даёт очень простое объяснение тому, почему различные формы слабоумия ориентированы на конкретные участки мозга».
В ходе исследования Радж смог сопоставить образец взятый из диффузионной модели, которая прослеживает выдачу белка в здоровом мозге с образцом имеющим атрофию мозга, которая наблюдается у пациентов с болезнью Альцгеймера или страдающих слабоумием. Эта дегенерация измерялась с помощью магнитно-резонансной томографии и других инструментов, которые могли бы определить количество потери объёма мозга в отдельных областях. Соавтор исследования доктор наук Amy Kuceyeski, работал совместно с доктором Радж и помогал анализировать измерения объёма головного мозга у больных пациентов.
«Наше исследование показывает, что такой механизм распространения напрямую ведёт к наблюдаемой модели атрофии, которую можно увидеть в различных формах деменции», — говорит доктор Радж. «В то время, как классические формы деменции хорошо известны, это — первая модель, которая свяжет сетевые свойства мозга с образцами и объяснит их детерминированным и прогнозирующим образом».
Третьим автором исследования является Майкл Вайнер, профессор радиологии из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) и главный исследователь «Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative», финансируемый Национальным институтом здравоохранения.
