Studie stelt rol voor gamma-oscillaties voor in toekomstige behandeling.
Onderzoekers hebben ontdekt dat het herstellen van gammasignalen in de bulbus olfactorius, een hersengebied dat geuren verwerkt, depressie kan tegengaan. Deze baanbrekende ontdekking benadrukt het potentieel van gammaverbetering als een nieuwe benadering voor de behandeling van depressie wanneer conventionele medicijnen falen.
Onder leiding van onderzoekers van de NYU Grossman College of Drugs en de Universiteit van Szeged in Hongarije, ontdekte een nieuwe studie bij muizen en ratten dat het herstellen van bepaalde signalen in een hersengebied dat geuren verwerkt, depressie tegenging.
De onderzoeksresultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Neuron op 9 mei, draaien om zenuwcellen (neuronen), die “vuren” – of elektrische signalen uitzenden – om informatie door te geven. Onderzoekers hebben de afgelopen jaren ontdekt dat voor effectieve communicatie tussen hersengebieden groepen neuronen nodig zijn om hun activiteitspatronen te synchroniseren in repetitieve perioden (oscillaties) van gezamenlijke stilte gevolgd door gezamenlijke activiteit. Eén zo’n ritme, ‘gamma’ genaamd, herhaalt zich ongeveer 30 keer of meer in een seconde en is een belangrijk timingpatroon voor de codering van complexe informatie, mogelijk inclusief emoties.
Hoewel de oorzaken nog steeds slecht worden begrepen, wordt depressie weerspiegeld in gamma-oscillatieveranderingen, volgens eerdere research, als een elektrofysiologische marker van de ziekte in hersengebieden die het reukvermogen beheren, die ook aan emoties zijn gekoppeld. Deze regio’s omvatten de bulbus olfactorius grenzend aan de neusholte, waarvan wordt gedacht dat het een bron en “geleider” is van hersenbrede gamma-oscillaties.
Om deze theorie te testen, sloten de auteurs van het huidige onderzoek de functie van de lamp af met behulp van genetische en celsignaleringstechnieken, observeerden een gerelateerde toename van depressie-achtig gedrag bij knaagdieren en keerden dit gedrag vervolgens om met behulp van een apparaat dat gammasignalen van de knaagdieren versterkte. hersenen in hun natuurlijke tempo.
“Onze experimenten brachten een mechanistisch verband aan het licht tussen gebrekkige gamma-activiteit en gedragsachteruitgang bij muizen- en rattenmodellen van depressie, waarbij de signaalveranderingen in de olfactorische en verbonden limbische systemen vergelijkbaar zijn met die bij depressieve patiënten”, zegt corresponderende studieauteur Antal Berényi, MD , PhD, adjunct-assistent-professor bij de afdeling Neurowetenschappen en fysiologie aan NYU Langone Well being. “Dit werk demonstreert de kracht van gammaverbetering als een mogelijke benadering voor het tegengaan van depressie en angst in gevallen waarin beschikbare medicijnen niet effectief zijn.”
Depressieve stoornis is een veel voorkomende, ernstige psychiatrische ziekte die vaak resistent is tegen medicamenteuze therapie, zeggen de onderzoekers. De prevalentie van de aandoening is dramatisch toegenomen sinds het start van de pandemie, met naar schatting meer dan 53 miljoen nieuwe gevallen.
Gammagolven gekoppeld aan emoties
Ziekteverwekkende veranderingen in de timing en sterkte van gammasignalen, mogelijk veroorzaakt door infecties, trauma of medicijnen, van de bulbus olfactorius naar andere hersengebieden van het limbisch systeem, zoals de piriforme cortex en de hippocampus, kunnen emoties veranderen. Het onderzoeksteam weet echter niet zeker waarom. Volgens één theorie ontstaat depressie niet in de bulbus olfactorius, maar door veranderingen in de uitgaande gammapatronen naar andere hersendoelen.
Het verwijderen van de bol vertegenwoordigt een ouder diermodel voor de studie van ernstige depressie, maar het proces veroorzaakt structurele schade die de kijk van onderzoekers op ziektemechanismen kan vertroebelen. Zo ontwierp het huidige onderzoeksteam een omkeerbare methode om schade te voorkomen, te beginnen met een enkele, gemanipuleerde DNA-streng ingekapseld in een onschadelijk virus, dat bij injectie in neuronen in de reukbollen van knaagdieren ervoor zorgde dat de cellen bepaalde eiwitreceptoren op hun cellen bouwden. oppervlakken.
Hierdoor konden de onderzoekers de knaagdieren injecteren met een medicijn, dat zich over het hele systeem verspreidde, maar alleen de neuronen in de bol uitschakelde die waren ontworpen om de ontworpen medicijngevoelige receptoren te hebben. Op deze manier konden de onderzoekers selectief en omkeerbaar de communicatie tussen de hersengebieden van de bulb-partner uitschakelen. Uit deze assessments bleek dat chronische onderdrukking van olfactorische signalen, inclusief gamma, niet alleen depressief gedrag veroorzaakte tijdens de interventie, maar ook dagen daarna.
Om het impact van het verlies van gamma-oscillatie in de bulbus olfactorius te laten zien, gebruikte het group verschillende standaard knaagdiertests voor depressie, waaronder metingen van de angst die een van de belangrijkste symptomen is. Het veld erkent dat diermodellen van menselijke psychiatrische aandoeningen beperkt zullen zijn, en gebruikt daarom een reeks assessments om depressief gedrag te meten dat in de loop van de tijd nuttig is gebleken.
De assessments keken met identify naar hoe lang dieren in een open ruimte zouden doorbrengen (een mate van angst), of ze eerder stopten met zwemmen als ze onder water kwamen (meet wanhoop), of ze stopten met het drinken van suikerwater (minder plezier in dingen hadden), en of ze weigerden een doolhof binnen te gaan (vermeden stressvolle situaties).
De onderzoekers gebruikten vervolgens een op maat gemaakt apparaat dat de natuurlijke gamma-oscillaties registreerdevan de bulbus olfactorius, en stuurde die gepacete signalen terug naar de hersenen van de knaagdieren als gesloten elektrische stimulatie. Het apparaat was in staat om gamma bij gezonde dieren te onderdrukken of te versterken. Onderdrukking van gamma-oscillaties in de reukkwab geïnduceerd gedrag dat lijkt op depressie bij mensen. Bovendien herstelde het terugvoeren van een versterkt reukbolsignaal naar de hersenen van depressieve ratten de normale gammafunctie in het limbisch systeem en verminderde het depressieve gedrag met 40 procent (bijna tot normaal).
“Niemand weet nog hoe de vuurpatronen van gammagolven worden omgezet in emoties”, zegt senior studieauteur György Buzsáki, MD, PhD, de Biggs-professor in de afdeling Neurowetenschappen en fysiologie aan NYU Langone Well being en een faculteitslid in zijn Neuroscience Instituut. “In de toekomst zullen we werken aan een beter begrip van deze hyperlink in de bol, en in de regio’s waarmee deze verbinding maakt, naarmate het gedrag verandert.”
Referentie: “Herstel van olfactorische bulb-afgeleide limbische gamma-oscillaties verlicht depressie-achtige gedragsstoornissen bij knaagdieren” door Qun Li, Yuichi Takeuchi, Jiale Wang, Levente Gellért, Livia Barcsai, Lizeth Okay. Pedraza, Anett J. Nagy, Gábor Kozák, Shinya Nakai, Shigeki Kato, Kazuto Kobayashi, Masahiro Ohsawa, Gyöngyi Horváth, Gabriella Kékesi, Magor L. Lorincz, Orrin Devinsky, György Buzsáki en Antal Berényi, 9 mei 2023, Neuron.
DOI: 10.1016/j.neuron.2023.04.013
Samen met Berényi en Buzsáki werd de studie geleid door Orrin Devinsky, MD, professor in de afdeling Neurologie aan de NYU Langone, en directeur van het uitgebreide epilepsiecentrum. Berényi is ook hoofdonderzoeker van de Momentum Oscillatory Neuronal Networks Analysis Group, Afdeling Fysiologie aan de Universiteit van Szeged in Hongarije, samen met eerste studieauteurs Qun Li en Yuichi Takeuchi, en auteurs Jiale Wang, Levente Gellért, Livia Barcsai, Lizeth Pedraza, Anett Nagy, Gábor Kozák, Gyöngyi Horváth, Gabriella Kékesi en Magor Lőrincz. Studie auteurs Shinya Nakai en Masahiro Ohsawa zijn bij de afdeling Neuro-farmacologie, Graduate College of Pharmaceutical Sciences, aan de Nagoya Metropolis College in Japan. Takeuchi is ook faculteit in de afdeling Fysiologie, de Osaka Metropolis College Graduate College of Drugs en de faculteit Farmaceutische Wetenschappen, Hokkaido College in Japan. Ook waren de auteurs van het onderzoek Shigeki Kato en Kazuto Kobayashi Division of Molecular Genetics, Institute of Biomedical Sciences aan de Fukushima Medical College College of Drugs in Japan.
Financiering voor de studie werd verstrekt door middel van subsidies van het Momentum II-programma van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, het Nationale Bureau voor Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie van Hongarije, het Ministerie van Innovatie en Technologie van Hongarije, het Ministerie van Menselijke Capaciteiten, Hongarije, het Hongaarse Wetenschappelijk Onderzoek Fund, het Hongaarse Mind Analysis Program, het Horizon 2020 Analysis and Innovation Program van de Europese Unie, de Japan Society for the Promotion of Science, het Japanse Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie, het Japan Company for Medical Analysis and Improvement, evenals door steun van The Kanae Basis for the Promotion of Medical Science, de Life Science Basis of Japan, de Takeda Science Basis, de Japanese Neural Community Society en de János Bólyai Fellowship.