一项新研究通过使用的全脑建模技术，成功地利用数学和计算模拟工具测量了阿尔茨海默病相关的两种蛋白质之间的相互作用，为设计新的生物标志物以改善其诊断流程和治疗方法的未来研究铺平了道路。
庞培法布拉大学
1月15日消息
西班牙庞培法布拉大学（Pompeu Fabra University，UPF）脑与认知中心（Center for Brain and Cognition，CBC）和西班牙赫罗纳大学（University of Girona，UdG）可视化、虚拟现实和图形交互（Visualization, Virtual Reality and Graphics Interaction ，ViRVIG）研究小组的研究人员推动了这项研究，揭示了阿尔茨海默病相关的两种蛋白质之间相互作用的新知识，这两种蛋白质在神经元组织中的积累与疾病有关。研究的结果最近发表在《阿尔茨海默病研究与治疗》（Alzheimer's Research & Therapy）杂志上。
研究于2023年12月5日发表在《Alzheimer's Research & Therapy》（最新影响因子：8.831）杂志上
关于阿尔茨海默病病因的主流理论表明，它们与两种蛋白质，β-淀粉样蛋白（Aβ）和 tau 蛋白在神经元组织中的异常积累有关，但关于引发这种神经退行性疾病的过程仍有许多未知。迄今为止，大多数科学研究都分析了其中一种蛋白质（Aβ）对神经元动力学的影响，但没有深入研究它与阿尔茨海默病患者 tau 蛋白之间的复杂相互作用。
最近的神经科学研究提供了关于这两种蛋白质在阿尔茨海默病患者大脑中的动态和复杂相互作用的有趣进展。他们的研究结果为设计新的生物标志物以改善其诊断流程和治疗方法的未来研究铺平了道路。
Gustavo Patow （ViRVIG-UdG和CBC-UPF）断言：“阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，它会使大脑逐渐退化，达到破坏其正常功能的程度。计算神经科学方法，特别是基于模拟的模型，能够以无法应用于真实患者的方式研究疾病的演变，”他澄清说，这些“计算机模拟”可以形成和测试假设，并提供信息，偶尔还能提供关于疾病的新知识，“我们已经能够确定这两种蛋白质的相对重要性，这被认为是阿尔茨海默病的原因，在整个疾病的演变过程中，这使我们能够产生有助于诊断的有价值的信息，因为这项研究为我们提供了关于患者状态的精确信息，这些信息是基于他们的功能扫描仪，所谓的‘生物标志物’。”
Gustavo Deco （CBC-UPF和ICREA）补充说：“数学和计算工具深深植根于我们对阿尔茨海默病的医学和生物学知识，为研究这种疾病的演变打开了新的大门，最重要的是，分析对抗其影响的可能策略，并有望减缓其进展。我们的小组正在加紧研究这些类型的预测模型，使我们能够朝着这一理想而努力，最终目标是与这种可怕的疾病作斗争。这项工作的结果是朝着这个方向迈出的有希望的第一步。”
这项研究使用了先进的数学和计算工具，揭示了与疾病相关的蛋白质如何改变阿尔茨海默病患者的神经元兴奋/抑制平衡。
在这项研究中，研究人员使用了全脑建模技术，通过数学工具和运算，使我们能够理解健康受试者和疾病患者在不同状态（静息状态、执行认知任务……）下不同脑区的整体动力学基础机制。基于这些技术，研究了两种蛋白质（Aβ 和 tau 蛋白）的浓度对阿尔茨海默病患者不同脑区行为动力学的影响。我们有可能确定每种蛋白质单独或结合其他蛋白质的影响，并评估每种蛋白质在患者异常大脑活动中的相对重量。
这项研究的结论是，在阿尔茨海默病的早期阶段，这种疾病的最大影响是由 Aβ 的大量积累引起的。相比之下，在中、末期阶段，这种影响可以归因于更高浓度的 tau 蛋白。这两种蛋白质改变了神经元兴奋和抑制状态之间的平衡，从而导致患者的认知能力恶化。
此前对这种疾病的研究已经发现，阿尔茨海默病患者的神经元兴奋和抑制平衡水平发生了改变。尤其是在疾病的早期阶段，会出现神经元过度兴奋，损害皮质活动，从而导致认知能力下降。到目前为止，这种不平衡已在动物研究和死亡后的人类样本中得到证明，但在患有该病的人类中缺乏这一证据。实现这一目标的主要困难是不能使用神经成像技术直接测量神经元的兴奋和抑制活动。然而，这项研究中使用的全脑建模技术确实成功地利用数学和计算模拟工具测量了这两种蛋白质对神经元兴奋/抑制失衡的影响。
本研究使用了来自阿尔茨海默病神经影像学计划（Alzheimer 's Disease Neuroimaging Initiative，ADNI）数据库的经验数据，这是一项纵向多中心研究，旨在开发阿尔茨海默病的生物标志物。这些数据对应于年龄在 55 岁至 90 岁之间的患者。
创建于1990年的西班牙庞培法布拉大学
始创于1446年的西班牙赫罗纳大学
参考文献
Source：Pompeu Fabra University
Neuroscientific study paves the way for improving the diagnosis and treatment of Alzheimer's
Reference：
Patow, G., Stefanovski, L., Ritter, P. et al. Whole-brain modeling of the differential influences of amyloid-beta and tau in Alzheimer’s disease. Alz Res Therapy 15, 210 (2023). https://doi.org/10.1186/s13195-023-01349-9
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原文标题 : 神经科学研究为提高阿尔茨海默病的诊断和治疗铺平了道路
