境界を超えた発見は、科学研究の最大の喜びの一つですが、そのような飛躍は、従来の思考を凌駕するため、しばしば見落とされています。 脳波とミクログリアと呼ばれる脳の免疫細胞：例えば、研究の二つの以前に無関係な領域を組み合わせることにより、知恵を受けて挑む認知症を治療 それは重要な発見だが、それはまだその真の可能性を達成するために、研究者のバイインと理解が必要です。 脳波の歴史はその理由を示しています。1887年、Richard Catonは科学的な会議で脳波の発見を発表しました。 “脳の電流に関する私の論文を読んでください”と彼は個人的な日記に書いています。 “それは好評でしたが、ほとんどの聴衆には理解されていませんでした。”カトンの脳波の観察は正しかったにもかかわらず、彼の思考は他の人が真剣に取るにはあまりにも非正統的でした。 このような関心の欠如に直面して、彼は彼の研究を放棄し、発見は何十年も忘れられていた。
2019年10月にフラッシュフォワードします。
シカゴの神経科学協会の年次総会で組織した科学者の集まりでマサチューセッツ工科大学の神経科学者の最近の研究を知っている人はいますか？ミクログリアと脳波を操作することによってアルツハイマー病を治療する新しい方法を発見しました。 誰も答えなかった。私は理解しました：科学者は成功するために専門化しなければなりません。
ミクログリアを研究している生物学者は、脳波に関する論文を読む傾向がなく、脳波の研究者は一般的にグリアの研究に気づいていません。 これら二つの伝統的に別々の分野を橋渡しする研究は、牽引力を得ることができない可能性があります。 しかし、この研究では注意が必要でした：信じられないほど聞こえるかもしれませんが、研究者は1秒に40回点滅したLEDライトを使用するだけで、アルツハイマー病の動物の脳を改善しました。 この魅力的な周波数、40ヘルツで演奏された音でさえ、同様の効果がありました。
今日、脳波は神経科学の研究と医学的診断の重要な部分ですが、医師はこれまでに変性疾患を治療するためにそれらを操作したことはありません。
これらの振動する電磁場は、大脳皮質のニューロンが情報を処理するときに電気インパルスを発射することによって生成される。 シンクロで手をたたく人々が雷のようなリズミカルな拍手を生成するように、一緒に発射ニューロンの何千もの組み合わせた活動は、脳波を生成します。
これらの波は様々な形で、多くの異なる周波数で来ます。
たとえば、アルファ波は8〜12ヘルツの周波数で振動します。 それらは私達が私達の目を閉め、より高い頻度の脳波の活動を活気づける外的な刺激を締めるとき急増する。 30-120ヘルツの周波数で反響する急速に振動するガンマ波は、その振動の周期が神経回路におけるシナプスシグナル伝達の百分の一秒の時間枠によく一致しているため、アルツハイマー病の研究に特に関心がある。 脳波は、神経発火に影響を与える可能性があるため、情報処理において重要である。 ニューロンの内部と外部の間の電圧差が特定のトリガーポイントに達すると、ニューロンは電気インパルスを発射します。 脳波の電圧振動のピークと谷は、トリガーポイントに近いか、それから遠く離れてニューロンを微調整し、それによって発射する傾向を高めるか、または阻害 リズミカルな電圧の急増はまた、ニューロンを一緒にグループ化し、異なる周波数の脳波に”乗る”ように同期して発火させます。私はすでにそれを知っていたので、新しい仕事とその起源をよりよく理解するために、私はMITの神経科学者であるLi-Huei Tsaiを探し出しました。 彼女は、アルツハイマー病を治療するためにこれらの周波数の1つを使用するという考えは、好奇心が強い観察から来たと言いました。 「私たち自身のデータや他のグループのデータでは、アルツハイマー病のマウスモデルでは40ヘルツのリズムパワーと同期が低下していることに気付きました」と あなたがアルツハイマー病を持っている場合明らかに、あなたの脳はその特定の周波数で強い脳波を生成しません。 2016では、彼女の大学院生Hannah Iaccarinoは、おそらくこれらの弱いガンマ波の力を高めることは、この重度で不可逆的な認知症の治療に役立つだろうと推論した。
ガンマ波のパワーを高めるために、チームは光遺伝学的刺激、研究者は、脳に移植された光ファイバケーブルを介して、それらに直接レーザーを照射するこ Tsaiのチームは、アルツハイマー病のマウスの視覚野のニューロンを刺激し、40ヘルツでインパルスを発射させました。 この結果は、2016年にNatureに掲載され、この疾患の特徴であるアミロイド斑の顕著な減少を示した。
これらの脳波が役立つかもしれないことは良い兆候でしたが、Tsaiのチームは、倫理的な懸念のために、光遺伝学的アプローチはこの病気の人間には選択肢ではないことを知っていました。 彼らは、脳のガンマ波活動を増加させる他の方法を探し始めました。 TsaiのMITの同僚Emery Brownは、40ヘルツを含む特定の周波数で点滅するストロボ光で照らされた画面を凝視するだけで、猫の脳のガンマ波のパワーを高めることができることを示す古い論文を彼女に指摘しました。 「ハンナと私たちの共同研究者は、マウスでその感覚刺激を試すシステムを構築し、それが機能しました」とツァイは私に言いました。 思考は、リズミカルな感覚入力が、人々がリズムで一緒に押すことによってマンネリから立ち往生した車を揺するときのように、この周波数で神経回路を”ロッキング”するため、点滅するライトがガンマ波を鞭打つということです。
実際には、ストロボライトは、マウスに追加の効果を持っていた：彼らはまた、アミロイド斑をクリアしました。 しかし、光遺伝学的刺激や点滅光療法がどのようにそれを行うことができるかは正確には明らかではありませんでした。
Alois Alzheimer自身からの手がかりに続いて、研究者はすぐにニューロンからミクログリアに注意を移しました。 彼は20世紀の変わり目近くに顕微鏡で調べた”前痴呆”の患者から取られた脳組織のアルツハイマー病の最初の記述では、アミロイド斑の沈着物がこれらの免疫細胞によって囲まれていたことを指摘した。 その後の研究では、ミクログリアがこれらの患者の脳に付着しているプラークを巻き込むことが確認された。Tsaiたちは、脳波が上昇した動物のこれらの免疫細胞をチェックすることにしました。
Tsaiたちは、脳波が上昇した動物のこれらの免疫細胞をチェッ 彼らは、処理されたすべての動物のミクログリアが大きさが大きくなっており、それらの多くがアミロイド斑を消化していることを観察した。これらの細胞はどのようにこれを行うことを知っていましたか？
神経伝達に気づいていない血流の免疫細胞とは違って、頭脳のミクログリアは頭脳の電気活動のリズムに調整されます。 血流中の免疫細胞と脳内のミクログリアの両方が病気や怪我を検出するための細胞センサーを持っていますが、ミクログリアは電気インパルスを発 それは、ニューロンがシナプスを介して信号を伝達するために使用するのと同じ神経伝達物質受容体を持っているからです。 これにより、ミクログリアは、ニューラルネットワークを流れる情報を”聞く”ことができ、それらの送信が妨げられたときに回路を修復するための行動を取ることができるようになります。 従って、右の脳波は有毒な蛋白質の沈殿物を消費するためにミクログリアを運転できる。
“私はこの交差点が私たちの仕事の中で最もエキサイティングで魅力的な結果の一つであることがわかります”とツァイは私に言いました。 彼女のチームは、Ledストロボライトの点滅を3〜6週間延長すると、マウスの脳の有毒なプラークが取り除かれるだけでなく、ニューロンが死ぬのを防ぎ、認知症が破壊する可能性のあるシナプスさえも保存されることをNeuronで昨年報告しました。
チームは、他のタイプのリズミカルな感覚入力が、立ち往生した車のように神経回路を揺動させ、アミロイド斑を少なくするガンマ波を生成するかどうかを知りたいと考えていました。 細胞での拡大された研究では、彼らは40ヘルツで点滅を見ると視覚野のプラークが少なくなるのと同じように、40ヘルツでの音の刺激は聴覚野のアミロイドタンパク質を減少させたことを報告した。 海馬を含む他の領域も同様に影響を受け、学習と記憶に重要であり、治療されたマウスは記憶試験でより良好に機能した。 脈動音と同期した光のショーであるマウスを両方の刺激にさらすことは、アルツハイマー病で障害されているより高いレベルの実行機能を果たす前頭前野を含む大脳皮質全体のアミロイドプラークを減少させるより強力な効果をもたらした。
驚いたので、点滅する光と音を人間の治療に使用する可能性に過度に興奮していないことを確認するために、私は仕事に関与していなかった神戸大学の神経科学者の和気宏明に話を聞いた。 “それは素晴らしいだろう！”彼は言った。 「この治療は、パーキンソン病やALSのような多くの神経変性疾患にも有効である可能性があります」ミクログリアも役割を果たしています。 しかし、ミクログリアと脳の振動の間のリンクは十分に確立されているが、40ヘルツ刺激がミクログリアをプラークを除去し、破壊からニューロンを救出する生物学的メカニズムは不明のままであると彼は指摘している。
ツァイは謎がすぐに解決される可能性があると述べました。
Tsai labのベテランAnnabelle Singerを含むGeorgia Institute of Technologyの研究者チームは、2月の論文で可能性を明らかにしました。 彼らは、正常なマウスでは、LEDライトによるガンマ刺激が急速にミクログリアを誘導してサイトカイン、ニューロン（および一般的に免疫細胞）が相互に信号を送るために使用するタンパク質を生成することを報告した。 それらは脳損傷および疾患に応答して神経炎症の主要な調節因子の1つであり、ミクログリアは刺激のわずか15〜60分以内に驚くほど迅速にそれらを放出しました。 「これらの効果は、免疫シグナル伝達または炎症を標的とする多くの薬物で見られるよりも速い」とSinger氏は述べた。
サイトカインは多くの形で来て、研究では、ミクログリアが異なる種類を生成するために取得するには、特定の周波数を必要とすることがわか 「神経刺激は免疫シグナル伝達をオンにするだけではありません」とSingerは言いました。 これらの特定のタンパク質を産生するには特定のリズムが必要でした。 「異なるタイプの刺激を使用して、必要に応じて免疫シグナル伝達を調整することができます。”
つまり、医師は、彼らが使用する光と音のリズムを変えるだけで、さまざまな病気を治療する可能性があることを意味します。 異なる刺激は、適切な脳波周波数を生成するようにニューロンをロックし、近くのミクログリアは、脳を修復する仕事に行く方法を一般的にミクログリアに伝えるサイトカインの特定のタイプを解放する原因となります。
もちろん、そのような治療が患者に利用可能になるまでにはまだしばらく時間がかかるかもしれません。 そして、それでも、副作用があるかもしれません。 「リズミカルな感覚刺激は、脳組織の多くのタイプの細胞に影響を与える可能性が高い」とTsai氏は述べた。 「それぞれがガンマ振動をどのように感知し、どのように反応するかは不明です。”ウェイクはまた、このような刺激は、多くの精神医学や神経変性疾患に共通の発作を誘発する可能性があるため、リズミカルな刺激は、良いよりも害をまだ、潜在的な利点は素晴らしいです。
まだ、潜在的な利点は素晴らしいです。 ツァイのチームは、患者に彼らのストロボライト方法を評価し始めたばかりであり、より多くの研究者がこの有望な仕事を学ぶように、彼らは他の人が参加することを確認しています。 （私が話したほとんどの専門家は、私が尋ねるまでこの研究を認識していませんでした。)
新しい種が生態系の境界に湧くのと同じように、新しい科学は分野間のインターフェイスで繁栄することができます。 それを見つけるには鋭い目が必要ですが、Richard Catonが見つけたように、他の人を説得するために少しの説得も必要になる可能性があります。