Preovlađujuća teorija o uzrocima Alchajmerove bolesti ukazuje da su oni povezani sa abnormalnom akumulacijom dva proteina, amiloid-beta (Aβ) i tau, u neuronskim tkivima, ali još uvek ima mnogo nepoznanica u vezi sa procesima koji pokreću ovu neurodegenerativnu bolest. Do danas, većina naučnih studija je analizirala efekat jednog od ovih proteina, amiloid-beta, na dinamiku neurona, ali ne gledajući u dubinu njegovu složenu interakciju sa tau kod pacijenata sa Alchajmerom.
S tim u vezi, nedavna neuronaučna istraživanja koja uključuju UPF centar za mozak i kogniciju (CBC) pružaju zanimljiv razvoj dinamike i složene interakcije ova dva proteina u mozgu ljudi sa Alchajmerovom bolešću. Njihovi rezultati otvaraju put budućim istraživanjima za dizajniranje novih biomarkera kako bi se poboljšali njegovi dijagnostički procesi i terapije za njegovo lečenje.
Rezultati ovog istraživanja predstavljeni su u članku objavljenom nedavno u časopisu Alchajmerovo istraživanje i terapija.
Glavni autor članka, Gustavo Patov, povezan je sa istraživačkom grupom za vizuelizaciju, virtuelnu stvarnost i grafičku interakciju (ViRVIG) Univerziteta u Đironi i sa grupom za računarsku neuronauku CBC-a na UPF-u. Gustavo Deco (ICREA), direktor grupe za računarsku neuronauku u CBC, takođe je koautor članka.
Ostali koautori, Leon Stefanovski, Petra Riter i Ksenija Koveleva, povezani su sa različitim univerzitetima i medicinskim i istraživačkim centrima u Nemačkoj.
Gustavo Patov (ViRVIG-UdG i CBC-UPF) kaže: „Alchajmerova bolest je neurodegenerativna bolest koja progresivno degradira mozak do tačke uništavanja njegovog normalnog funkcionisanja. Metode računarske neuronauke, posebno modeli zasnovani na simulaciji, omogućavaju proučavanje evolucije mozga. bolesti na načine koji se ne mogu primeniti na stvarne pacijente.
On pojašnjava da ove „in-silico“ simulacije omogućavaju formulisanje i testiranje hipoteza i pružaju informacije i, povremeno, nova saznanja o bolesti. „Uspeli smo da utvrdimo relativni značaj dva proteina, za koje se veruje da su uzrok Alchajmerove bolesti, tokom evolucije bolesti, što nam omogućava da generišemo vredne informacije koje pomažu u njenoj dijagnozi, jer nam studija pruža sa preciznim informacijama o statusu pacijenata na osnovu njihovih funkcionalnih skenera, takozvanih ‘biomarkera’.“
Gustavo Deco (CBC-UPF i ICREA) dodaje: „Matematički i računarski alati, duboko ukorenjeni u našem medicinskom i biološkom znanju o Alchajmeru, otvaraju nova vrata za proučavanje evolucije bolesti i, iznad svega, za analizu mogućih strategija da se bori protiv njegovih efekata i, nadamo se, da uspori njegov napredak.“
„Naša grupa intenzivno radi na ovim vrstama prediktivnih modela koji nam omogućavaju da radimo ka ovom idealu, sa krajnjim ciljem borbe protiv ove strašne bolesti. Rezultati ovog rada su obećavajući prvi korak u ovom pravcu.“
U ovoj studiji korišćene su tehnike modeliranja celog mozga koje nam omogućavaju da razumemo mehanizme koji leže u osnovi globalne dinamike različitih regiona mozga u njihovim različitim stanjima (u mirovanju, obavljanju kognitivnih zadataka…), kako kod zdravih osoba, tako i kod zdravih osoba. obolelih, pomoću matematičkih alata i operacija.
Na osnovu ovih tehnika, proučavan je uticaj koncentracije dva proteina (amiloid-beta i tau) na dinamiku ponašanja različitih regiona mozga ljudi sa Alchajmerovom bolešću. Bilo je moguće utvrditi uticaj svakog proteina pojedinačno i u kombinaciji sa drugim i proceniti relativnu težinu svakog od njih u abnormalnoj aktivnosti mozga ljudi sa bolešću.
Studija zaključuje da u ranim stadijumima Alchajmerove bolesti najveći uticaj bolesti izaziva veća akumulacija amiloid-beta proteina. Nasuprot tome, u naprednijoj fazi, ovaj uticaj se može pripisati višoj koncentraciji tau proteina. Oba proteina menjaju ravnotežu između stanja neuronske ekscitacije i inhibicije, što doprinosi kognitivnom pogoršanju ljudi koji pate od ove bolesti.
Prethodna istraživanja bolesti su već otkrila da ljudi sa Alchajmerom pate od promene nivoa neuronske ekscitacije i ravnoteže inhibicije. Naročito u ranim stadijumima bolesti javlja se hiperekscitabilnost neurona, što narušava aktivnost kore i time doprinosi kognitivnom padu. Do sada je ova neravnoteža bila pokazana u studijama na životinjama i u uzorcima postmortalnih ljudi, ali dokazi za to su nedostajali kod ljudi koji žive sa bolešću.
Glavna poteškoća u postizanju ovoga je to što se neuronska ekscitacija i aktivnost inhibicije ne mogu direktno meriti korišćenjem tehnika neuroimadžinga. Međutim, tehnike modeliranja celog mozga korišćene u ovom istraživanju su zaista uspele da izmere uticaj dva proteina na neravnotežu neuronske ekscitacije/inhibicije, koristeći matematičke i računarske simulacione alate.
Ova studija je koristila empirijske podatke dobijene iz baze podataka Inicijative za neuroimaging Alchajmerove bolesti, longitudinalne studije na više lokacija dizajnirane da razvije biomarkere za Alchajmerovu bolest. Podaci odgovaraju ispitanicima sa bolešću starosti između 55 i 90 godina.
