Vorhersage von Demenz Spread, Neuron von Neuron - Neues Computerprogramm

Die Ausgabe vom 22. März von Neuron enthüllt, dass ein neu entwickeltes mathematisches Computerprogramm die Art und Weise verfolgt hat, in der sich verschiedene Formen von Demenz innerhalb eines menschlichen Gehirns ausbreiten, und dass es vorhersagen kann, wo und wann die Ausbreitung in einem Gehirn Neuron eines Neurons von 'Prionen-ähnlich' toxisch ist Proteine, das ist der gleiche Prozess, auf dem alle Formen von Demenz basieren.
Patienten und ihre Familien könnten von den Befunden profitieren, indem sie geholfen werden, eine Diagnose von Demenz zu bestätigen, die es ihnen auch ermöglichen würde, sich auf zukünftige kognitive Rückgänge vorzubereiten, die im Laufe der Zeit auftreten werden. Nach Ansicht des leitenden Forschers Ashish Raj könnte das Programm in Zukunft Ärzten helfen, geeignete Zielstrukturen für therapeutische Interventionen zu finden, in einer Zeit, in der bereits gezielte Medikamente gegen Demenz existieren.
Dr. Ashish Raj Ph.D., Dozent für Informatik in Radiologie am Weill Cornell Medical College, der das Computermodell entwickelte, erklärt:

"Betrachten Sie es als ein Wetterradarsystem, das Ihnen in den nächsten 48 Stunden ein Video von Wettermustern in Ihrer Region zeigt. Unser Modell kann, wenn es auf den Grundlinien-Magnetresonanztomografiescan eines einzelnen Gehirns angewendet wird, ebenfalls eine zukünftige Karte erzeugen von Degeneration in dieser Person in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten.
Dies könnte es Neurologen ermöglichen, vorherzusagen, was der neuroanatomische und assoziierte kognitive Zustand des Patienten zu einem gegebenen Zeitpunkt in der Zukunft sein wird. Sie konnten feststellen, ob und wann der Patient Sprachstörungen, Gedächtnisverlust, Verhaltensauffälligkeiten und so weiter entwickeln wird. Wissen darüber, was die Zukunft bringt, wird es den Patienten ermöglichen, fundierte Entscheidungen hinsichtlich ihres Lebensstils und ihrer therapeutischen Interventionen zu treffen.
Irgendwann werden wir die Fähigkeit erlangen, die Gesundheit bestimmter Hirnregionen und Nervenfaserbahnen gezielt zu beeinflussen und zu verbessern. An diesem Punkt kann eine gute Vorhersage des zukünftigen anatomischen Zustands einer Person dazu beitragen, vielversprechende Zielregionen für diese Intervention zu identifizieren. Früherkennung ist der Schlüssel zur Prävention und Behandlung von Demenz. "

Das bahnbrechende Computermodell ist der jüngste und wichtigste Beweis dafür, dass Demenz durch Proteine ??verursacht wird, die sich durch Netzwerke von Neuronen im Gehirn ausbreiten.
Es erweitert die Ergebnisse einer weit verbreiteten Studie der Alzheimer-Krankheit im Februar, in der Forscher am Columbia University Medical Center und dem Massachusetts General Hospital in Mausmodellen entdeckten, dass Alzheimer in einem bestimmten Bereich des Gehirns beginnt, sich dann aber über fehlgefaltete toxische "tau" -Proteine.
Dr. Raj beschreibt, wie er sein mathematisches Modell des Flusses toxischer Proteine ??entwickelte, bevor er nachwies, dass das Modell die Muster der Degeneration, die bei verschiedenen Formen der Demenz auftreten, genau vorhersagt.
Er erklärt, dass sein Modell auf der jüngsten Erkenntnis beruht, dass alle bekannten Formen von Demenz von abnormalen oder "fehlgefalteten" Proteinen begleitet und wahrscheinlich auch verursacht werden. Alle Proteine ??haben eine spezifische Form, die von ihrer speziellen Funktion abhängt. Fehlgeformte Proteine ??können jedoch unerwünschte toxische Wirkungen hervorrufen, wie beispielsweise Tau, ein fehlgefaltetes Protein, das im Gehirn von Alzheimer-Patienten auftritt, und Patienten mit frontaler temporaler Demenz (FTD).
TDP43 und Ubiquitin sind andere fehlgefaltete Proteine, die auch in FTD gefunden werden, während Alpha-Synuclein bei der Parkinson-Krankheit gefunden wird.
Fehlgefaltete oder kranke Proteine ??rufen andere fehlgefaltete Proteine ??hervor, die sie auf einen bestimmten neuronalen Weg treffen. Aus diesem Grund werden diese Proteine ??"Prionen-ähnlich" genannt.
Prion-Erkrankungen, wie Rinderwahnsinn, die die Übertragung von fehlgefalteten Proteinen beinhalten, werden als von Mensch zu Mensch infektiös angesehen. "Es gibt jedoch keinen Beweis dafür, dass Alzheimer oder andere Demenzkrankheiten auf diese Weise ansteckend sind, weshalb ihre Übertragung als Prionen-ähnlich bezeichnet wird."
Dr. Raj sagt, dass sein Modell der trans-neuronalen Ausbreitung von fehlgefalteten Proteinen "sehr einfach" ist, da es den gleichen Prozess modelliert, mit dem jedes Gas in Luft diffundiert, während im Falle von Demenzen der Diffusionsprozess entlang verbundener Nervenfaserbahnen stattfindet im Gehirn.

Dr. Raj sagt:

"Dies ist ein gemeinsamer Prozess, bei dem jedes krankheitsverursachende Protein zu einer Vielzahl von Demenzen führen kann."

Das Modell identifiziert die neuronalen Teilnetzwerke im Gehirn, in denen sich fehlgefaltete Proteine ??ansammeln, bevor sie sich in andere Hirnareale bewegen, die durch Netzwerke von Neuronen miteinander verbunden sind. Die Proteine ??verändern die Funktion aller Hirnareale, die sie während dieses Prozesses besuchen.
Dr. Raj bemerkt:

"Was neu und wirklich bemerkenswert ist, ist das Netzwerkdiffusionsmodell selbst, das auf das normale Netzwerk der Gehirnkonnektivität einwirkt und viele bekannte Aspekte von Krankheitsbildern des gesamten Gehirns bei Demenzen reproduziert. Dies liefert eine sehr einfache Erklärung dafür, warum verschiedene Demenzen auftreten ziele auf bestimmte Bereiche des Gehirns ab. "

Raj gelang es, Muster aus dem Diffusionsmodell, das die Proteinzuweisung in einem gesunden Gehirn verfolgte, an die Muster der Hirnatrophie anzupassen, die bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit oder FTD beobachtet wurden.
Die Degeneration des Gehirns wurde mit MRI-Scans und anderen Werkzeugen gemessen, die in der Lage waren, das Volumen des verlorenen Hirnvolumens in jeder Region des Gehirns des Patienten zu quantifizieren. Amy Kuceyeski, Ph.D., Co-Autorin und Postdoktorandin, die mit Dr. Raj zusammenarbeitet, half bei der Auswertung der Gehirnvolumenmessungen der erkrankten Gehirne des Patienten.
Dr. Raj schließt ab:

"Unsere Studie zeigt, dass ein solcher Spreizmechanismus direkt zu den beobachteten Atrophieformen führt, die man bei verschiedenen Demenzen beobachtet.Während die klassischen Muster der Demenz bekannt sind, ist dies das erste Modell, das die Netzwerkeigenschaften des Gehirns mit den Mustern in Beziehung setzt und sie deterministisch und prädikativ erklärt. "

Geschrieben von Petra Rattue