경계를 초월한다는 발견은 과학적 연구의 가장 큰 즐거움 중 하나이지만, 그러한 도약은 종종 전통적인 사고를 능가하기 때문에 간과됩니다. 예를 들어, 이전에 관련이없는 두 가지 연구 영역, 즉 뇌파와 뇌의 면역 세포 (미세 아교 세포)를 결합하여 지혜를 무시하는 치매 치료에 대한 새로운 발견을 취하십시오. 중요한 발견이지만 여전히 연구원의 구매 및 이해가 진정한 잠재력을 달성해야합니다. 뇌파의 역사는 그 이유를 보여줍니다.
1887 년 Richard Caton은 과학 회의에서 뇌파에 대한 발견을 발표했습니다. "뇌의 전류에 대한 내 논문을 읽으십시오."그는 개인적인 일기에 썼습니다. "대부분의 청중은 호평을 받았지만 이해하지 못했습니다." 카톤의 뇌파에 대한 관찰이 옳았지만, 그의 생각은 다른 사람들이 진지하게 받아들이기에는 너무 정통적이었습니다. 그러한 관심 부족에 직면 한 그는 그의 연구를 버렸고 발견은 수십 년 동안 잊혀졌습니다.
시카고에서 열린 신경 과학 협회 연례 회의에서 조직을 조직하는 데 도움을 준 과학자들의 모임에서, 나는 매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 신경 과학자들의 최근 연구를 알고 있었는지 마이크로글리아와 뇌파를 조작하여 알츠하이머 병을 치료할 새로운 방법을 찾았는지 물었다. 아무도 대답하지 않았습니다.
나는 이해했다 :과학자들은 성공하기 위해 전문화되어야한다. 미세 아교 세포를 연구하는 생물 학자들은 뇌파에 관한 논문을 읽는 경향이 없으며 뇌파 연구자들은 일반적으로 신경교 연구를 알지 못합니다. 이 두 가지 전통적으로 분리 된 분야를 다리는 연구는 견인력을 얻지 못할 수 있습니다. 그러나이 연구는주의가 필요했습니다. 믿을 수 없을 정도로, 연구자들은 2 초에 40 배의 LED 조명을 사용하여 알츠하이머의 동물의 두뇌를 개선했습니다. 이 Charmed 주파수, 40 Hertz에서 사운드조차도 비슷한 영향을 미쳤습니다.
오늘날 뇌파는 신경 과학 연구 및 의학적 진단의 중요한 부분이지만, 의사는 지금까지 퇴행성 질환을 치료하기 위해 조작 한 적이 없습니다. 이러한 진동하는 전자기장은 정보를 처리 할 때 뇌 피질 발사 전기 충동의 뉴런에 의해 생성됩니다. 사람들이 동기식으로 손을 박수 치면서 탁월한 리듬 박수를 일으키는 것처럼, 함께 발사하는 수천 개의 뉴런의 결합 된 활동은 뇌파를 생성합니다.
이 파도는 다양한 형태와 다양한 주파수로 제공됩니다. 예를 들어 알파 파는 8 ~ 12 헤르츠 주파수에서 진동합니다. 그들은 우리가 눈을 감고 고주파 뇌파 활동에 활력을 불어 넣는 외부 자극을 막을 때 급증합니다. 30 ~ 120 Hertz의 주파수에서 반향을 일으키는 빠르게 진동하는 감마 파도는 알츠하이머 연구에 특히 관심이 있습니다. 진동의 기간은 신경 회로에서 초 100 초 시간의 시냅스 신호 전달과 일치하기 때문입니다. 뇌파는 뉴런 발사에 영향을 줄 수 있기 때문에 정보 처리에서 중요합니다. 뉴런 내부와 외부의 전압 차이가 특정 트리거 포인트에 도달하면 뉴런은 전기 충동을 발사합니다. 뇌파의 전압 진동의 피크와 트로프는 뉴런을 트리거 포인트에 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어 뜨려서 발사 경향을 높이거나 억제합니다. 리듬 전압 서지는 또한 뉴런을 함께 그룹화하여 서로 다른 주파수의 뇌파를“타기”할 때 동기로 불을 피 웁니다.
나는 이미 그 사실을 이미 알고 있었기 때문에 새로운 작품과 그 기원을 더 잘 이해하기 위해 MIT의 신경 과학자 인 Li-Huei Tsai를 찾았습니다. 그녀는 이러한 주파수 중 하나를 사용하여 알츠하이머를 치료한다는 아이디어는 호기심 많은 관찰에서 나왔다고 말했다. 그녀는“우리는 자체 데이터와 다른 그룹의 데이터에서 알츠하이머 병의 마우스 모델에서 40-Hertz 리듬 파워와 동기가 감소된다는 것을 알았습니다. 분명히 알츠하이머가 있다면 뇌는 특정 빈도에서 강한 뇌파를 생성하지 않습니다. 2016 년에 그녀의 대학원생 Hannah Iaccarino는 아마도이 약화 된 감마 파도의 힘을 높이는 것이이 심각하고 돌이킬 수없는 치매를 치료하는 데 도움이 될 것이라고 추론했습니다.
.감마 웨이브 파워를 증가시키기 위해 팀은 뇌에 이식 된 광섬유 케이블을 통해 광섬유 케이블을 통해 개별 뉴런이 레이저를 직접 비추는 방법과시기를 제어 할 수있는 새로운 기술인 광학 자극으로 전환했습니다. Tsai의 팀은 알츠하이머와 마우스의 시각 피질에서 뉴런을 자극하여 40 Hertz에서 화재 충동을 만듭니다. 결과는 2016 년에 Nature 에 발표되었습니다 , 질병의 특징 인 아밀로이드 플라크의 현저한 감소를 보여 주었다.
이 뇌파가 도움이 될 수 있다는 것은 좋은 지적 이었지만, Tsai의 팀은 윤리적 우려 때문에 광학적 접근법이 질병을 가진 인간에게는 옵션이 아니라는 것을 알았습니다. 그들은 뇌의 감마 웨이브 활동을 증가시키는 다른 방법을 찾기 시작했습니다. TSAI의 MIT 동료 인 Emery Brown은 그녀에게 40 개의 HERTZ를 포함한 특정 주파수에서 깜박 거리는 스트로브 라이트로 조명 된 스크린을 응시함으로써 고양이의 뇌에서 감마파의 힘을 높일 수 있음을 보여주는 오래된 종이를 지적했습니다. Tsai는“Hannah와 우리 협력자들은 생쥐에서 감각 자극을 시도하는 시스템을 구축했으며 효과가있었습니다. 리듬 감각 입력은 사람들이 리듬으로 함께 밀어 붙여서 틀에 박힌 차를 흔들어 틀에 박힌 차를 흔들 때와 같이 깜박이는 조명이 감마파를 휘젓는 것입니다.
.실제로 스트로브 조명은 생쥐에 추가적인 영향을 미쳤습니다. 또한 아밀로이드 플라크를 제거했습니다. 그러나 광학 자극이나 깜박이는 조명 요법이 어떻게 그렇게 할 수 있는지는 정확히 명확하지 않았습니다.
Alois Alzheimer 자신의 단서에 따라 연구원들은 신경을 뉴런에서 미세 아교 세포로 빠르게 전환했습니다. 알츠하이머의 첫 번째 뇌 조직에 대한 첫 번째 설명에서“사전 치매”환자로부터 찍은 뇌 조직에서 20 세기 초 근처에 현미경으로 검사 한 그는 아밀로이드 플라크의 침착 물이 이러한 면역 세포로 둘러싸여 있다고 언급했다. 후속 연구는 미세 아교 세포 가이 환자들의 뇌를 포기하는 플라크를 가득 채우는 것으로 확인했다.
TSAI와 동료들은 뇌파가 강화 된 동물에서 이러한 면역 세포를 확인하기로 결정했습니다. 그들은 모든 처리 된 동물의 미세 아교 세포가 크기가 크게 증가했으며, 그 중 더 많은 아밀로이드 플라크를 소화하고 있음을 관찰했습니다.
이 세포들은 어떻게 이것을하는 것을 알고 있었습니까? 뉴런 전이를 알지 못하는 혈류의 면역 세포와 달리 뇌의 미세 아교 세포는 뇌의 전기 활동의 리듬에 맞춰 조정됩니다. 혈류의 면역 세포와 뇌의 미세 아교 세포는 둘 다 질병 및 손상을 감지하는 세포 센서를 가지고 있지만, 미세 아교 세포는 또한 전기 충동을 발사하는 뉴런을 검출 할 수 있습니다. 신경이 시냅스를 통해 신호를 전달하기 위해 사용하는 것과 동일한 신경 전달 물질 수용체가 있기 때문입니다. 이를 통해 MicroGlia는 신경망을 통해 흐르는 정보에 대해“듣는”능력을 제공하며, 이러한 전송이 방해되면 회로를 수리하기위한 조치를 취할 수 있습니다. 따라서 올바른 뇌파는 미세 아교 세포를 유도하여 독성 단백질 침착 물을 섭취 할 수 있습니다.
Tsai는“이것은 뇌파와 미세 아교 세포 사이의 교차점이 우리 작업의 가장 흥미롭고 흥미로운 결과 중 하나라고 생각합니다. 그녀의 팀은 작년에 Neuron 에서보고했다 3-6 주 동안 LED 스트로브 라이트 깜박임을 연장시키는 것은 마우스 뇌의 독성 플라크를 제거했을뿐만 아니라 뉴런이 죽지 않고 심지어 보존 된 시냅스를 방지하여 치매가 파괴 할 수 있습니다.
.이 팀은 다른 유형의 리듬 감각 입력이 고착 자동차와 같은 신경 회로를 흔들어 감마 파를 생성하여 아밀로이드 플라크를 줄일 수 있는지 알고 싶었습니다. 세포 의 확장 된 연구에서 , 그들은 40 Hertz에서 플래시를 보는 것처럼 시각 피질에서 플라크가 줄어들었을 때, 청각 피질에서 40 Hertz에서의 소리 자극이 감소 된 아밀로이드 단백질을 감소 시켰다고보고했다. 학습 및 기억에 중요한 해마를 포함한 다른 지역도 비슷하게 영향을 받았으며, 처리 된 마우스는 기억 테스트에서 더 잘 수행되었습니다. 마우스를 두 자극에 노출시키는 것은 맥동 사운드와 동기화 된 조명을 보여주고, 더욱 강력한 효과를 가졌으며, 뇌 피질 전역의 영역에서 아밀로이드 플라크를 감소 시켰습니다.
나는 놀랐습니다. 그래서 나는 인간을 치료하기 위해 번쩍이는 조명과 소리를 사용하는 가능성에 대해 과도하게 흥분하지 않기 위해 일본의 고베 대학교 (Kobe University)의 신경 과학자 히로아키 웨이크와 이야기를 나누었습니다. "환상적 일 것입니다!" 그는 말했다. “치료는 또한 미세 아교 세포가 중요한 역할을하는 파킨슨 병 및 ALS와 같은 다수의 신경 퇴행성 장애에도 효과적 일 수있다. 그러나 그는 미세 아교 세포와 뇌 진동 사이의 연관성이 잘 발견되었지만, 40-Hertz 자극은 미세 아교 세포를 플라크를 제거하고 파괴로부터 뉴런을 구출하는 것으로 남아있는 생물학적 메커니즘이 알려지지 않았다고 지적했다.
.Tsai는 미스터리가 곧 해결 될 것이라고 말했다. Tsai Lab 베테랑 Annabelle Singer를 포함한 Georgia Institute of Technology의 연구원은 2 월 논문에서 가능성을 제시했습니다. 그들은 정상적인 마우스에서, LED 조명을 갖는 감마 자극이 미세 아교 세포를 빠르게 유도하여 뉴런 (및 면역 세포)이 서로 신호를 보내는 데 사용하는 사이토 카인, 단백질을 생성한다고보고했다. 그것들은 뇌 손상과 질병에 대한 반응으로 신경 염증의 주요 조절제 중 하나이며, 미세 아교 세포는 자극 후 15 ~ 60 분 안에 놀랍게도 빠르게 방출되었습니다. 싱어는“이러한 효과는 면역 신호 또는 염증을 표적으로하는 많은 약물에서 보는 것보다 빠릅니다.
사이토 카인은 여러 형태로 제공되며, 연구에 따르면 미세 아교가 다른 종류의 특정 주파수를 생산하도록하는 것이 발견되었습니다. Singer는“신경 자극은 단지 면역 신호를 켜는 것이 아닙니다. 이러한 특정 단백질을 생산하는 데 특정 리듬이 필요했습니다. "다른 유형의 자극은 원하는대로 면역 신호 전달을 조정하는 데 사용될 수 있습니다."
이는 의사가 사용하는 빛과 건전한 리듬을 변화 시켜서 다른 질병을 잠재적으로 치료할 수 있음을 의미합니다. 다른 자극은 뉴런을 적절한 뇌파 주파수로 생성하여 인근 미세 아교 세포질을 일으켜 특정 유형의 사이토 카인을 방출하게되며, 이는 미세 아교 세포를 일반적으로 뇌를 복구하는 방법을 알려줍니다.
.물론, 환자들에게 그러한 치료가 이용되기까지는 여전히 오래 걸릴 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 부작용이있을 수 있습니다. Tsai는“리듬 감각 자극은 뇌 조직의 많은 유형의 세포에 영향을 미칠 수 있습니다. "그들 각각이 감마 진동에 어떻게 감지하고 반응하는지는 알려져 있지 않습니다." Wake는 또한 리듬 자극이 좋은 것보다 더 많은 해를 끼칠 수 있다고 지적했습니다. 그러한 자극은 많은 정신과 및 신경 퇴행성 장애에서 흔한 발작을 유발할 수 있기 때문입니다.
.그럼에도 불구하고 잠재적 인 이점은 훌륭합니다. TSAI 팀의 팀은 방금 환자에 대한 스트로브 라이트 방법을 평가하기 시작했으며, 더 많은 연구자 들이이 유망한 작업에 대해 배우면서 다른 사람들과 합류해야합니다. (내가 말한 대부분의 전문가들은 내가 물어볼 때 까지이 연구를 알지 못했습니다.)
새로운 종들이 생태계 사이의 경계에서 튀어 오르는 것처럼, 새로운 과학은 분야의 인터페이스에서 번성 할 수 있습니다. 그것을 발견하려면 날카로운 시선이 필요하지만 Richard Caton이 찾은 것처럼 다른 사람들을 설득하기 위해 약간의 설득이 필요할 수도 있습니다.
