Hersengolf-stimulatie kan symptomen ziekte van Alzheimer verbeteren

Dick Schrauwen [1]

Een niet-invasieve behandeling verbetert het geheugen en vermindert amyloïde plaques [2] bij muizen.

Door muizen bloot te stellen aan een unieke combinatie van licht en geluid, hebben MIT-neurowetenschappers aangetoond dat ze cognitieve en geheugenstoornissen kunnen verbeteren die vergelijkbaar zijn met die van Alzheimerpatiënten.

Deze niet-invasieve behandeling, die werkt door hersengolven te induceren die bekend staan ??als gamma-oscillaties [3], vermindert ook sterk het aantal amyloïde plaques uit de hersenen van deze muizen. Plaques werden verwijderd uit grote delen van de hersenen, inclusief uit de gebieden die cruciaal zijn voor cognitieve functies zoals leren en onthouden (geheugen).

"Wanneer we een visuele en auditieve stimulatie een week gecombineerd aanbieden dan zien we dat de prefrontale cortex [4] daarbij betrokken is en we zien een dramatische reductie van amyloïde," zegt Li-Huei Tsai, directeur van het Picower Institute for Learning and Memory van MIT [5] en de senior auteur van de studie.

Verdere studie zal nodig zijn, zegt ze, om te bepalen of dit soort behandeling ook bij menselijke patiënten zal werken. De onderzoekers hebben al enkele voorlopige veiligheidstests van dit type stimulatie bij gezonde mensen uitgevoerd.

De bij MIT afgestudeerde student Anthony Martorell en de bij Georgia Tech afgestudeerde student Abigail Paulson zijn de hoofdauteurs van de studie, die is gepubliceerd in het 14 maart nummer van Cell [6].
Verbetering van het geheugen

De neuronen van de hersenen genereren elektrische signalen die synchroniseren om zodoende hersengolven te vormen in verschillende trillingsfrequenties. Eerdere studies hebben gesuggereerd dat Alzheimerpatiënten stoornissen hebben in hun gammafrequentie-oscillaties, die variëren van 25 tot 80 hertz (cycli per seconde) en waarvan wordt aangenomen dat ze bijdragen aan hersenfuncties zoals aandacht, perceptie en geheugen.

In 2016 meldden Tsai en haar collega's voor het eerst de gunstige effecten van het herstel van gamma-oscillaties in de hersenen van muizen die genetisch voorbestemd zijn om de symptomen van de ziekte van Alzheimer te ontwikkelen [7]. In die studie gebruikten de onderzoekers lichtflikkeringen bij 40 Hertz gedurende een uur per dag. Zij vonden dat deze behandeling niveaus van bèta-amyloïde plaques en een andere aan Alzheimer verwante pathogene marker, gefosforyleerd tau-eiwit, verminderde. De behandeling stimuleerde ook de activiteit van immuun-cellen die de functie hebben om rommel op te ruimen en die bekend staan ??als microglia-cellen [9].

In die studie waren de verbeteringen die werden gegenereerd door flikkerend licht beperkt tot de visuele cortex. In hun nieuwe onderzoek gingen de onderzoekers na of ze met behulp van geluidsstimuli andere hersenregio's konden bereiken zoals die voor leren en geheugen. Ze ontdekten dat blootstelling aan 40-hertz-tonen gedurende een uur per dag zeven dagen lang de hoeveelheid bèta-amyloïde in de auditieve cortex (die geluid verwerkt) en de hippocampus, een belangrijke regio voor het geheugen die die zich in de buurt van de auditieve cortex bevindt.

"Wat we hier hebben aangetoond, is dat we een totaal andere sensorische modaliteit kunnen gebruiken om gammafracties in de hersenen te induceren. En ten tweede kan dit door auditieve stimulatie geïnduceerde gamma amyloïde en tau-pathologie verminderen, niet alleen in de sensorische cortex maar ook in de hippocampus [10]", zegt Tsai, die een van de oprichters is van het Aging Brain Initiative van MIT [11].

De onderzoekers testten ook het effect van auditieve stimulatie op de cognitieve vermogens van de proefdier-muizen. Ze ontdekten dat na behandeling van een week de muizen veel beter presteerden bij het navigeren door een doolhof waarbij ze belangrijke oriëntatiepunten moesten onthouden. Ze waren ook beter in staat om objecten te herkennen die ze eerder waren tegengekomen.

Ze ontdekten ook dat de auditieve behandeling veranderingen veroorzaakte in niet alleen microglia, maar ook in de bloedvaten wat mogelijk de opschoning van amyloïde vergemakkelijkt.

Dramatisch effect

De onderzoekers besloten toen om de visuele en auditieve stimulatie te combineren en tot hun verbazing ontdekten ze dat deze tweeledige behandeling een nog groter effect had dan alleen een van beide (geluid of licht). Amyloïde plaques werden minder in een veel groter deel van de hersenen, inclusief in de prefrontale cortex waar zich de hogere cognitieve functies voltrekken. Het effect op microglia [9] was ook veel sterker.

"Deze microglia stapelden zich gewoon op elkaar bovenop de plaques", zegt Tsai, "Het effect is heel dramatisch."

De onderzoekers ontdekten dat als ze de muizen een week behandelden en vervolgens een week lieten wachten voordat ze de testen uitvoerden de positieve effecten waren vervaagd. Dat wijst erop dat de behandeling voortdurend (elke dag) zou moeten worden toegepast om de voordelen te behouden.

In een lopend onderzoek analyseren de onderzoekers hoe gamma-oscillaties van invloed zijn op specifieke hersencellen. Ze hopen zo de moleculaire mechanismen achter de waargenomen verschijnselen te achterhalen. Tsai zegt dat ze ook wil onderzoeken waarom de specifieke frequentie van 40 Hertz zo'n grote impact heeft.

De gecombineerde visuele en auditieve behandeling is al getest bij gezonde vrijwilligers om de veiligheid ervan te beoordelen en de onderzoekers zijn reeds begonnen met het inschrijven van patiënten met beginnende Alzheimer om de effecten van hun behandeling tegen Alzheimer bij mensen te bestuderen.

"Hoewel er belangrijke verschillen tussen muizen en mensen zijn, is er reden om optimistisch te zijn dat de behandelingen nuttige interventies kunnen zijn bij mensen", zegt Nancy Kopell, een professor in wiskunde en statistiek aan de Universiteit van Boston, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Deze publicatie en verwante studies kunnen een enorme klinische impact hebben bij de ziekte van Alzheimer en mogelijk ook bij patiënten met hersenontsteking."

Het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door de Robert en Renee Belfer Family Foundation, de Halis Family Foundation, de JPB Foundation, de National Institutes of Health en het MIT Aging Brain Initiative.

Verwijzingen

[1] Vertaling van onderstaand persbericht
- http://news.mit.edu/2019/brain-wave-stimulation-improve-alzheimers-0314

[2] Amyloïde plaques
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Amylo%C3%AFde_plaques

[3] Gamma-oscillatie
- https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_wave
- https://www.brainmatters.nl/news/je-geheugen-is-meer-dan-een-netwerk-van-neuronen-ook-gliacellen-doen-mee/

[4] Prefrontale cortex
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Prefrontale_cortex

[5] Picower Institute for Learning and Memory van MIT
- https://picower.mit.edu/

[6] Publicatie
- https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(19)30163-1.pdf

[7] Eerder onderzoek, zie:
- http://news.mit.edu/2016/visual-stimulation-treatment-alzheimer-1207

[8] Gefosforyleerd tau-eiwit
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Tau-eiwit

[9] Microglia-cellen
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Microgliacel

[10] Hippocampus
- https://nl.wikipedia.org/wiki/Hippocampus_(hersenen)

[11] Aging brain initiative (Verouderende Hersenen-initiatief)
- https://picower.mit.edu/about/aging-brain-initiative