וִידֵאוֹ: זרימת הדם עשויה להיות שחקן מפתח בעיבוד עצבי
2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33
M. I. T. מדען מאמין שאם זרימת הדם משפיעה למעשה על התנהגות עצבית, ה- fMRI יהיה כלי חזק עוד יותר לאבחון הפרעות כמו אלצהיימר וסכיזופרניה.
מירוץ הדם דרך כלי השיט באזור המוח הוא סימן לכך שתאי עצב באזור זה יצאו לפעולה. הדם ממהר לאזורים פעילים בכדי לספק נוירונים יורים את החמצן והגלוקוז הדרושים להם לצורך אנרגיה.
את זרימת הדם הזו, שיכולה להימשך עד דקה, מדענים עוקבים אחר הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) כדי לקבוע אילו אזורים במוח מגיבים לגירויים שונים. אולם תיאוריה חדשה יכולה לסלול את הדרך לפרשנות מחודשת של תמונות fMRI, ולהעלות את מדידותיהן להערכת העיבוד הנוירוני בפועל ולא לזרימת הדם שלאחר מכן שמעידה על כך בעקיפין, ובכך לשפר את התועלת של ה- fMRI באבחון בעיות נוירולוגיות.
כריסטופר מור, עוזר פרופסור למדעי המוח במכון מקגוברן למחקר מוח במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, פירט את השערתו במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Journal of Neurophysiology. בעיקרו של דבר, הדבר מצביע על תפקידו של הדם בקליפת המוח (מרכז עיבוד מוחי מרכזי), באופן ספציפי, הוא יותר מאשר להביא חומרים מזינים לתא, אלא גם לשנות את פעילותם של מעגלים עצביים מקומיים. לדוגמא, בניסויים במעבדתו, מור ראה שיש יותר זרימת דם שיכול להגיע לאזור שמעבד מידע מגירוי שהוצג לחוש מסוים (למשל מגע, חזותי, שמיעתי) לפני הופעת הגירוי, רומז כי הזרימה יכולה לחולל גם מעגל לפעילות.
החוקרים מעריכים כי זרימת הדם באזורים במוח עולה ב 40 אחוז כאשר נוירונים מתחילים לירות (או שולחים דחפים אלקטרוניים), ואילו קצב חילוף החומרים המקביל של התאים רק עולה ב -4 אחוזים, כלומר התא זקוק לעשירית בלבד דם שהוא מסופק בכדי לחדש אנרגיה. "[מדעני המוח] מכנים אי התאמה זו 'חוסר קשר' בין זרימה ומטבוליזם", אומר קנת 'קווונג, פרופסור חבר לרדיולוגיה בבית הספר לרפואה של הרווארד והחוקר, יחד עם סייג'י אוגאווה, שבדרך כלל זוכה לפיתוח fMRI.
מור סבור כי הסיבה לפער יכולה להיות שדם לא רק מזין תאים אלא עשוי להיות מעורב באופן אינטימי בעיבוד המידע.
אם נכון, אומר מור, יש לשקול דם לכל מודל של עיבוד עצבי - כיצד מופעלים תאי עצב במוח, כיצד מועברים דחפים ביניהם, כמה זמן נמשכת הפעילות וכיצד היא מסתיימת. בנוסף לשינוי מה ש- fMRI מודד בפועל, מודלים כאלה עשויים לספק רמזים חדשים לגורמים להפרעות אניגמטיות כמו מחלת אלצהיימר, טרשת נפוצה וסכיופרניה, וייתכן כי יסללו את הדרך לטיפולים הכרוכים בתיקון זרימת הדם וכן (או יותר מאשר) ליקויים כימיים.
"מבחינה היסטורית, חוקרי fMRI צריכים להתנצל מעט מכיוון שהם אינם מסתכלים [ישירות] על הנוירון", אומר מור. "fMRI יפסיק להיות אזרח סוג ב '; במקום זאת זה יהפוך את fMRI לכלי הרבה יותר מעניין … דבר של הייזנברג [הכוונה לאופן שבו פעולת ההתבוננות במצב קוונטי משנה את זה], איפה מה שאתה מסתכל למעשה חלק מהחישוב שמתנהל. " יתר על כן, סריקות שנלקחו במשך מספר שנים יכולות לעזור לחזות ניוון עצבי, אם כלי הדם באזור מוח מסוים מתחילים להיחלש. נתונים ראשוניים כבר מצביעים על כך שזה המקרה של הפרעות נוירולוגיות רבות כגון סכיזופרניה.
ההיפותזה המה שנקראת המו-עצבית מתרחשת בשלושה סוגי רקמות: נוירונים, כלי הדם שמאכילים אותם, ואסטרוציטים, תאי העצב בצורת כוכב התומכים ומתחזקים נוירונים. (אסטרוציטים, שכפות רגליהם מפוזרות על כלי הדם, מסייעים גם בשמירה על תאי האנדותל שמצפים את כלי הדם, וכן מהווים את מחסום הדם למחצה למחצה האחראי על שמירת כימיקלים בדם מחלחל למוח אלא אם כן הם נדרשים למטבוליזם או לתפקוד אחר.).
לדברי מור, כלי הדם משפיעים באופן ישיר או עקיף (באמצעות אסטרוציטים) על נוירונים. הוא מציין כי חומרים בדם עשויים לווסת את פעילות הנוירונים. המועמד הסביר ביותר הוא, לדבריו, תחמוצת החנקן (NO), החוצה בקלות את מחסום הדם-מוח, והוכח הן בפרוסות מוח והן במודלים של בעלי חיים כמלהיב (ובמקרים מסוימים מחליש) פעולה עצבית. כלי הדם משפיעים גם על נוירונים באמצעות לחץ תרמי ומכני. זרימת דם מוגברת יכולה לשנות את הטמפרטורה המקומית באזור המוח. לדוגמא, ירידה של מעלה אחת בלבד של צלזיוס יכולה להוביל לשיעורי ירי מדוכאים, בנסיבות מסוימות. ככלל, שינויים בזרימת הדם מעלים את הטמפרטורה באזורי מוח חיצוניים, תוך הפחתת הטמפרטורה באזורים מרכזיים יותר. לחץ ונפח, בתוך כלי הדם, יכולים לשנות את הכמות שהכלי משפיע פיזית על קרומי תאי המוח. אם הלחץ או הנפח היו עולים, כלי יכול היה לבלוט, לחסום קולטנים או תעלות יונים ובכך לגרום לירידה בפעילות החשמלית של הנוירון.
שינוי בזרימת הדם יכול גם לגרום לאסטרוציטים לשחרר הורמונים או נוירוטרנסמיטרים מסוימים. "אם משהו קורה בכלי הדם," אומר מור, "הגליה (אסטרוציטים ותאי עצב לא עצביים אחרים) נמצאים במצב מצוין לחוש זאת." לדוגמא, אסטרוציטים עשויים להפריש את הנוירוטרנסמיטר המעורר גלוטמט, הנקשר לנוירונים ומאפשר חילופי יונים הגורמים לירי.
נתונים ראשוניים ממעבדתו של מור, הכוללים תרופה הנקשרת באופן סלקטיבי לקולטנים בכלי הדם (ויכולה לפתוח או לסגור אותם), הראו כי נוירונים עשויים להיות פעילים יותר כאשר זרימת הדם עולה. בית העסק M. I. T. הקבוצה מנסה כעת לפתח ערוצי יונים המופעלים על ידי אור בתאי השריר, עליהם הם יוכלו לשלוט באופן סלקטיבי כדי לגרום לשינויים בזרימת הדם.
התיאוריה "מעלה משהו שהרבה אנשים מתעלמים ממנו וחושבים שכלי הדם הם צינורות", אומרת אדית המל, פרופסור לנוירולוגיה באוניברסיטת מק'גיל במונטריאול, שמאמינה שהתיאוריה של מור יוכיחה את עצמה ביום מן הימים. "אבל, הם תאים חיים … כמו נוירונים." היא מדמה את האינטראקציה בין כלי הדם בתוך מערכת העצבים לזו של התשתית של מערכת כבישים מהירים. "תמיד הסתכלנו על הכביש המהיר שיוצא מהעיר", היא אומרת. "אנחנו צריכים להסתכל גם על זה שנכנס לעיר.".
ריק בוקסטון, פרופסור לרדיולוגיה באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, מוצא את הרעיון מסקרן, אך הוא "ספקן בכך שזרימת הדם היא באמת מאפנן חשוב." בפרשנותו, הבהלה של הדם נחוצה כדי לשמור על רמות החמצן ברקמה, מכיוון שנוירונים עשויים לקחת חמצן בקצב איטי מהרגיל כאשר הדם שוצף; לכן, נדרש יותר להזנה נכונה של התאים. דרך אפשרית נוספת להסביר את זרימת הדם העודפת, על פי חוקרים מסוימים, היא שהיא עשויה לסייע בהסרת חלק מהחום שנוצר מירי עצבי. "אם יש רמה נמוכה של נוירומודולציה שם, [גם], זה טוב," מוסיף בוקסטון.
מור מציין כי אם הדם אחראי לרמה נמוכה יחסית של נוירומודולציה, הוא עדיין יכול להיות משמעותי. "נניח שזרימת הדם מהווה 5 אחוז משונות הפעילות בתאי עצב בקליפת המוח," הוא מניח. "חמישה אחוזים מהעבודה של הנוירון - זה עצום, אם זה דוחף סביב ריגשות בקנה מידה זה.".
התיאוריה של מור נתמכת במחקר על הפרעות ניווניות ונפשיות. קונסטנטינו אידקולה, פרופסור לנוירולוגיה ומדעי המוח במכללת הרפואה וייל קורנל בניו יורק, למשל, מצא קשר בין כלי הדם לנוירונים בעבודתו על מחלת אלצהיימר.
"סיפקנו ראיות לכך כי כלי הדם הוא הדבר הראשון שקורה", הוא אומר, וציין כי דמנציה הקשורה לאלצהיימר חולקה בעבר לשתי קבוצות: נגרמת על ידי כלי הדם (בהם נוירונים מתים בגלל זרימת דם לא נכונה) ונגרמת על ידי ניוון עצבי. (עם קריסת כלי דם בעקבות מוות של תאי עצב). "מה שעולה מהספרות עכשיו הוא ש [שינויים בכלי מתרחשים] לפחות מוקדם או מוקדם יותר מהשינויים העצביים."
זרימת דם חריגה נקשרה גם לאפילפסיה, הנגרמת על ידי נוירונים פעילים מדי. ולדברי מור, בדרך כלל מציינים אספקת דם ענייה באזורים של מוח הסובל מסכיזופרניה שמשתבשים בהפרעה.
מור צופה כי בעתיד המחקר על טיפולים בהפרעות נפשיות יתמקד בתרופות פוטנציאליות שנועדו לשמור על תפקוד עצבי תקין על ידי הכוונת כלי הדם. "זה יהיה מועיל לווסת ולהוריד את זרימת הדם," הוא אומר, "באותה צורה כמו זה מועיל לווסת או להקטין את הדופמין [הנוירוטרנסמיטר] אצל סכיזופרנים.".