Naukowcy łączą wzrost nowych neuronów ze zwiększoną pamięcią i uczeniem się u dorosłych

Nowe badanie wskazuje na to, że generowanie nowych komórek mózgowych u dorosłych wspomaga werbalne uczenie się oraz pamięć, łącząc zmniejszoną neurogenezę ze spadkiem funkcji poznawczych i podkreślając potencjalne podejścia terapeutyczne w celu poprawy zdrowia poznawczego Grafika: SciTechDaily.com                                                       

To badanie, wykorzystujące tkanki mózgowe pacjentów z padaczką, wykazuje bezpośrednią korelację między zmniejszoną neurogenezą a pogorszeniem funkcji poznawczych, otwierając drzwi dla terapii, które mogą poprawić funkcje poznawcze poprzez promowanie neurogenezy..

Neurogeneza dorosłych oraz funkcje poznawcze

Dlaczego dorośli hodują nowe komórki mózgowe? Przełomowe badanie opublikowane dzisiaj (5 grudnia) w Cell Stem Cell oferuje pierwsze bezpośrednie dowody na to, że generowanie nowych komórek mózgowych w wieku dorosłym wspiera werbalne uczenie się oraz pamięć. Zdolność ta pozwala ludziom angażować się w konwersacje oraz zapamiętywać to, co słyszą. Odkrycia mogą utorować drogę do innowacyjnych metod leczenia w celu przywrócenia funkcji poznawczych.

Badania, przeprowadzone przez naukowców z USC Stem Cell i USC Neurorestoration Center w Keck School of Medicine, dotyczyły tkanki mózgowej pacjentów z lekooporną padaczką mezjalnego płata skroniowego (MTLE). Stan ten charakteryzuje się napadami padaczkowymi i przyspieszonym spadkiem funkcji poznawczych.

Nowo narodzony neuron (zielona i fioletowa komórka) w tkance mózgowej od pacjentów z padaczką. Grafika: Aswathy Ammothumkandy/Bonaguidi Lab/USC Stem Cell

Badanie związku pomiędzy neurogenezą a werbalną nauką

„Leczenie pacjentów z epilepsją pozwala nam zbadać cel generowania nowych neuronów w naszych mózgach. Obserwujemy, że jednym z powodów jest chęć uczenia się z rozmów, które prowadzimy” - mówił współautor Michael Bonaguidi, profesor nadzwyczajny biologii komórek macierzystych i medycyny regeneracyjnej, gerontologii, biochemii i medycyny molekularnej, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej oraz zastępca dyrektora USC Neurorestoration Center.

„Odkrycia te są wyraźnie ważne dla wszystkich osób, które cierpią na pogorszenie zdolności uczenia się i funkcji poznawczych, ale są również szczególnie istotne dla pacjentów z padaczką, którzy wzięli udział w badaniu" – dodał współautor Charles Liu, profesor chirurgii neurologicznej, neurologii i inżynierii biomedycznej, dyrektor USC Neurorestoration Center i dyrektor USC Epilepsy Care Consortium.

Metodologia badań i wyniki badań u pacjentów z padaczką

W badaniu, pierwsi autorzy Aswathy Ammothumkandy i Luis Corona z USC wraz ze współpracownikami badali, w jaki sposób proces tworzenia nowych komórek mózgowych - zwany neurogenezą - wpływa na różne rodzaje pogorszenia funkcji poznawczych podczas progresji MTLE.

Naukowcy odkryli, że pacjenci z lekooporną padaczką mezjalnego płata skroniowego doświadczają spadku funkcji poznawczych w wielu obszarach, w tym w uczeniu się werbalnym i pamięci, inteligencji i umiejętnościach wzrokowo-przestrzennych. Jeśli chodzi o werbalne uczenie się i pamięć, a także inteligencję, pacjenci doświadczają dramatycznego spadku w ciągu pierwszych 20 lat napadów. W ciągu tych samych dwóch dekad neurogeneza zwalnia do punktu, w którym niedojrzałe komórki mózgowe stają się prawie niewykrywalne.

Implikacje neurogenezy dla zdrowia poznawczego

Na podstawie tych obserwacji, naukowcy szukali powiązań między liczbą niedojrzałych komórek mózgowych a głównymi obszarami spadku funkcji poznawczych związanego z MTLE. Odkryli, że najsilniejszy związek występuje między zmniejszającą się liczbą niedojrzałych komórek mózgowych a werbalnym uczeniem się i pamięcią.

Jest to zaskakujące odkrycie, ponieważ poziomy neurogenezy u gryzoni i innych zwierząt laboratoryjnych przyczyniają się do różnego rodzaju uczenia się i zapamiętywania przy użyciu umiejętności wzrokowo-przestrzennych. Rola neurogenezy w werbalnym uczeniu się i pamięci podkreśla wartość badania ludzkiej tkanki mózgowej. Te wysokowartościowe okazy chirurgiczne zostały hojnie podarowane przez pacjentów Rancho Los Amigos Epilepsy Center – unikalnego zasobu w systemie opieki zdrowotnej sieci bezpieczeństwa publicznego, który rozwija opiekę zdrowotną i równość badawczą dla niedoubezpieczonej populacji w regionie. W trakcie skomplikowanych operacji, neurochirurdzy ostrożnie usunęli chory hipokamp w jednym kawałku, lecząc większość pacjentów z napadów padaczkowych. 

„Nasze badanie dostarcza pierwszych komórkowych dowodów na to, w jaki sposób neurogeneza przyczynia się do funkcji poznawczych człowieka – w tym przypadku werbalnego uczenia się i pamięci” – mówił Bonaguidi. „Praca ta otwiera bramę do przyszłych badań nad sposobami poprawy uczenia się i pamięci werbalnej poprzez pobudzenie neurogenezy, być może poprzez ćwiczenia lub leki terapeutyczne. Podejścia te mog pomóc nie tylko pacjentom z lekooporną padaczką mezjalnego płata skroniowego, chorobą Alzheimera oraz demencją, ale również nam wszystkim ze starzejącymi się mózgami.”

Odniesienie: : „Human adult neurogenesis loss corresponds with cognitive decline during epilepsy progression” stworzone przez Aswathy Ammothumkandy, Luis Corona, Kristine Ravina, Victoria Wolseley, Jeremy Nelson, Nadiya Atai, Aidin Abedi, Nora Jimenez, Michelle Armacost, Lina M. D’Orazio, Virginia Zuverza-Chavarria, Alisha Cayce, Carol McCleary, George Nune, Laura Kalayjian, Darrin J. Lee, Brian Lee, Robert H. Chow, Christianne Heck, Jonathan J. Russin and Michael A. Bonaguidi, 5 grudnia 2024, Cell Stem Cell.

Neuropsycholog Jason Smith z Medical University of South Carolina jest również współautorem korespondencji. Dodatkowymi autorami są: Kristine Ravina, Victoria Wolseley, Jeremy Nelson, Nadiya Atai, Aidin Abedi, Lina D'Orazio, Alisha Cayce, Carol McClearly, George Nune, Laura Kalayjian, Darrin Lee, Brian Lee, Christianne Heck, Robert Chow i Jonathan Russin z USC; Nora Jimenez z Los Angeles General Medical Center; Michelle Armacost z USC i Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center oraz Virginia Zuverza-Chavarria z Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center.

Trzydzieści procent tej pracy było wspierane przez fundusze federalne z National Institutes of Health (granty R56AG064077, R01AG076956 i U01MH098937). Dodatkowe wsparcie pochodziło od Donald E. and Delia B.Baxter Foundation, L.K. Whittier Foundation, Simon-Strauss Foundation, Cure Alzheimer’s Fund, Eli and Edythe Broad Foundation, USC Neurorestoration Center, Rudi Schulte Research Institute, American Epilepsy Society oraz California Institute for Regenerative Medicine.