Синдром Дауна — это генетическое заболевание, вызванное наличием лишней копии 21-й хромосомы. Оно сопровождается интеллектуальными нарушениями, проблемами в развитии мозга и снижением когнитивных способностей. В последние годы ученые активно ищут новые подходы для улучшения качества жизни людей с синдромом Дауна, включая инновационные методы стимуляции мозга. Одним из таких методов стала стимуляция мозга светом и звуком на частоте 40 Гц, которая связана с гамма-ритмами мозга. Недавнее исследование, проведенное в Институте Пиковер при Массачусетском технологическом институте (MIT), выявило, что данный метод, названный GENUS (Gamma Entrainment Using Sensory Stimulation), улучшает когнитивные функции и способствует нейрогенезу у мышей с моделью синдрома Дауна.
Гамма-ритмы мозга представляют собой нервные колебания с частотой около 40 Гц, которые важны для таких когнитивных процессов, как внимание, память и обучение. Воздействие на эти ритмы с помощью внешних стимулов света и звука может привести к модуляции активности нейронных сетей. Доказано, что у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, гамма-стимуляция способна улучшить состояние мозга, увеличивая связь нейронов и стимулируя рост новых клеток. В исследовании, проведенном в MIT, ученые использовали мышиную модель синдрома Дауна — Ts65Dn, которая воспроизводит многие особенности заболевания, хотя и не является полностью точным аналогом человеческого состояния. Мышей подвергали облучению светом и звуком с частотой 40 Гц по одному часу в день на протяжении трех недель.
Результаты показали значительное улучшение когнитивных способностей у таких мышей по сравнению с контрольной группой. Улучшение проявлялось в улучшении кратковременной памяти и способности различать новые и знакомые объекты, что является функцией, связанной с гиппокампом — областью мозга, ответственной за память и обучение. Для понимания механизмов улучшения памяти ученые исследовали изменения в активности гиппокампа. Они обнаружили увеличение активности нейронов и рост числа синапсов — связей между нервными клетками — в области зубчатой извилины гиппокампа. Использование современных методов, включая секвенирование РНК на уровне отдельных клеток, позволило выявить изменения в генах, отвечающих за формирование и поддержание синаптических связей.
Особое внимание уделялось гену TCF4, который регулирует транскрипцию и необходим для нейрогенеза. У мышей после стимуляции наблюдалось повышение экспрессии TCF4, что коррелировало с увеличением роста новых нейронов. Нейрогенез, процесс формирования новых нейронов, часто снижается при синдроме Дауна и играет ключевую роль в когнитивных нарушениях. Стимуляция 40 Гц значительно повысила количество новых клеток в гиппокампе, что, как предполагают исследователи, способствует улучшению памяти и обучаемости у мышей. Увеличение количества синапсов и новых нейронов создаёт более развитую и эффективную нейронную сеть, способствующую лучшей обработке информации.
Интересным открытием стало то, что у стимулированных мышей сохранялось более высокое количество нейронов, экспрессирующих белок Релин. Этот белок важен для поддержания структурной целостности мозга и когнитивной устойчивости, особенно в контексте болезни Альцгеймера, которая развивается у большинства людей с синдромом Дауна после 40 лет. Поддержка уровня Релина может способствовать замедлению прогрессирования нейродегенеративных процессов и сохранению умственных функций. Несмотря на обнадеживающие результаты, ученые отмечают, что применение 40 Гц стимуляции в клинической практике требует дополнительного изучения и подтверждения эффективности на людях. Модель Ts65Dn не полностью отражает сложность синдрома Дауна у человека, а эксперимент проводился на самцах мышей.
Кроме того, исследование сосредоточилось на кратковременной памяти и гиппокампе, в то время как другие важные участки мозга, например префронтальная кора, также играют значительную роль в когнитивных функциях. Тем не менее GENUS, как метод неинвазивной стимуляции, демонстрирует многообещающие результаты в улучшении нейронной пластичности и когнитивных способностей при различных патологических состояниях мозга, включая синдром Дауна, болезнь Альцгеймера, инсульт и когнитивное ухудшение после химиотерапии. Такая широко направленная способность восстанавливать гомеостаз и стимулировать мозг делает 40 Гц стимуляцию уникальным инструментом для научных исследований и потенциальной терапии. Важным аспектом становится также тот факт, что улучшения, достигнутые с помощью 40 Гц стимуляции, базируются на изменениях в генетической активности нейронов и связаны с улучшением функций на молекулярном уровне. Понимание этих механизмов открывает новые пути для разработки целевых лекарственных средств и комплексных терапевтических подходов для поддержки когнитивного здоровья при синдроме Дауна и связанных с ним нейродегенеративных состояниях.
