一項新研究通過使用的全腦建模技術，成功地利用數學和計算模擬工具測量了阿爾茨海默病相關的兩種蛋白質之間的相互作用，為設計新的生物標志物以改善其診斷流程和治療方法的未來研究鋪平了道路。

龐培法布拉大學

1月15日消息

西班牙龐培法布拉大學（Pompeu Fabra University，UPF）腦與認知中心（Center for Brain and Cognition，CBC）和西班牙赫羅納大學（University of Girona，UdG）可視化、虛擬現實和圖形交互（Visualization, Virtual Reality and Graphics Interaction ，ViRVIG）研究小組的研究人員推動了這項研究，揭示了阿爾茨海默病相關的兩種蛋白質之間相互作用的新知識，這兩種蛋白質在神經元組織中的積累與疾病有關。研究的結果最近發表在《阿爾茨海默病研究與治療》（Alzheimer's Research & Therapy）雜志上。

研究于2023年12月5日發表在《Alzheimer's Research & Therapy》（最新影響因子：8.831）雜志上

關于阿爾茨海默病病因的主流理論表明，它們與兩種蛋白質，β-淀粉樣蛋白（Aβ）和 tau 蛋白在神經元組織中的異常積累有關，但關于引發這種神經退行性疾病的過程仍有許多未知。迄今為止，大多數科學研究都分析了其中一種蛋白質（Aβ）對神經元動力學的影響，但沒有深入研究它與阿爾茨海默病患者 tau 蛋白之間的復雜相互作用。

最近的神經科學研究提供了關于這兩種蛋白質在阿爾茨海默病患者大腦中的動態和復雜相互作用的有趣進展。他們的研究結果為設計新的生物標志物以改善其診斷流程和治療方法的未來研究鋪平了道路。

Gustavo Patow （ViRVIG-UdG和CBC-UPF）斷言：“阿爾茨海默病是一種神經退行性疾病，它會使大腦逐漸退化，達到破壞其正常功能的程度。計算神經科學方法，特別是基于模擬的模型，能夠以無法應用于真實患者的方式研究疾病的演變，”他澄清說，這些“計算機模擬”可以形成和測試假設，并提供信息，偶爾還能提供關于疾病的新知識，“我們已經能夠確定這兩種蛋白質的相對重要性，這被認為是阿爾茨海默病的原因，在整個疾病的演變過程中，這使我們能夠產生有助于診斷的有價值的信息，因為這項研究為我們提供了關于患者狀態的精確信息，這些信息是基于他們的功能掃描儀，所謂的‘生物標志物’。”  

Gustavo Deco （CBC-UPF和ICREA）補充說：“數學和計算工具深深植根于我們對阿爾茨海默病的醫學和生物學知識，為研究這種疾病的演變打開了新的大門，最重要的是，分析對抗其影響的可能策略，并有望減緩其進展。我們的小組正在加緊研究這些類型的預測模型，使我們能夠朝著這一理想而努力，最終目標是與這種可怕的疾病作斗爭。這項工作的結果是朝著這個方向邁出的有希望的第一步。”

這項研究使用了先進的數學和計算工具，揭示了與疾病相關的蛋白質如何改變阿爾茨海默病患者的神經元興奮/抑制平衡。

在這項研究中，研究人員使用了全腦建模技術，通過數學工具和運算，使我們能夠理解健康受試者和疾病患者在不同狀態（靜息狀態、執行認知任務……）下不同腦區的整體動力學基礎機制。基于這些技術，研究了兩種蛋白質（Aβ 和 tau 蛋白）的濃度對阿爾茨海默病患者不同腦區行為動力學的影響。我們有可能確定每種蛋白質單獨或結合其他蛋白質的影響，并評估每種蛋白質在患者異常大腦活動中的相對重量。

這項研究的結論是，在阿爾茨海默病的早期階段，這種疾病的最大影響是由 Aβ 的大量積累引起的。相比之下，在中、末期階段，這種影響可以歸因于更高濃度的 tau 蛋白。這兩種蛋白質改變了神經元興奮和抑制狀態之間的平衡，從而導致患者的認知能力惡化。

此前對這種疾病的研究已經發現，阿爾茨海默病患者的神經元興奮和抑制平衡水平發生了改變。尤其是在疾病的早期階段，會出現神經元過度興奮，損害皮質活動，從而導致認知能力下降。到目前為止，這種不平衡已在動物研究和死亡后的人類樣本中得到證明，但在患有該病的人類中缺乏這一證據。實現這一目標的主要困難是不能使用神經成像技術直接測量神經元的興奮和抑制活動。然而，這項研究中使用的全腦建模技術確實成功地利用數學和計算模擬工具測量了這兩種蛋白質對神經元興奮/抑制失衡的影響。

本研究使用了來自阿爾茨海默病神經影像學計劃（Alzheimer 's Disease Neuroimaging Initiative，ADNI）數據庫的經驗數據，這是一項縱向多中心研究，旨在開發阿爾茨海默病的生物標志物。這些數據對應于年齡在 55 歲至 90 歲之間的患者。

創建于1990年的西班牙龐培法布拉大學

始創于1446年的西班牙赫羅納大學

參考文獻

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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       原文標題 : 神經科學研究為提高阿爾茨海默病的診斷和治療鋪平了道路