六月是阿尔茨海默病和脑部健康意识月。目前，全球约有5500万人患有阿尔茨海默病或其他形式的痴呆症，深入理解这些复杂疾病的机制对于寻找新的治疗方法甚至治愈方案至关重要。
纽约州立大学奥尔巴尼分校生物科学副教授Annalisa Scimemi致力于神经科学与公共卫生交叉领域的研究。她领导一支由生物学、计算机科学、神经科学和工程学领域国际科学家组成的团队，专注于研究因疾病或昼夜节律引发的大脑活动变化如何影响大脑运作及行为模式。
“总的来说，我们的实验室正在探索不同类型的脑细胞和脑区，以更好地了解它们的个体功能以及它们如何协同工作塑造认知能力。”Scimemi表示，“要做到这一点，我们必须理解它们的语言——就像我们去另一个国家时，需要理解当地语言才能进行有效的交流一样。研究大脑中的通信通路并识别神经递质的具体作用，正是我们在学习大脑语言的方式。”
Scimemi的团队主要聚焦于两个研究领域：早期阿尔茨海默病进展和昼夜节律对学习与记忆的影响。通过在细胞和回路层面分析脑细胞的电活动，Scimemi的研究小组正在寻找神经退行性病变的最早迹象，并探讨大脑内部时钟如何塑造认知表现。
早期检测阿尔茨海默病
“仅在美国，就有超过700万人受到阿尔茨海默病的影响，”Scimemi说，“预计未来25年内这一数字将显著增加。这种疾病的演变无情，尽管药物可以帮助减缓其进展，但目前尚无治愈方法。”
阿尔茨海默病通常在记忆力缺陷出现后才被诊断出来，此时脑损伤已广泛扩散。Scimemi的研究旨在支持更早诊断工具的开发，重点在于认知衰退之前出现的大脑过度活跃期。
“就在阿尔茨海默病晚期阶段开始之前，大脑会变得过度活跃，”Scimemi解释道。“这种过度活跃可能表现为重复性或强迫性行为，以及癫痫发作的易感性增加。我们知道这些模式存在于人类身上，我们的研究也显示了小鼠类似的症状。我们现在试图确认的是，是否可以通过电信号检测到这种大脑活动。”
为了研究这一点，Scimemi的团队使用基因工程小鼠模型表达与阿尔茨海默病相关的蛋白质。在某些实验中，他们提取并保存脑组织样本，在控制环境中保持其功能性长达6至8小时，以研究活体神经元的行为。这使他们能够直接比较健康小鼠和那些具有阿尔茨海默病相关变化的小鼠之间的脑活动差异，并可能检测出未来可转化为人类诊断的早期电活动模式。
“最好的诊断工具应该是非侵入性的，”Scimemi说，“通过努力识别无需手术即可获取的大脑信号，我们的发现可能为开发一种负担得起且易于获取的阿尔茨海默病筛查测试提供依据。理想情况下，这将像常规的眼科检查或血压测量一样简单，可以在严重损害发生前提醒患者和医生注意大脑功能的细微变化。”
昼夜节律与学习
Scimemi的团队还在研究昼夜节律——人体内部的24小时生物钟——如何影响我们的学习和记忆能力。不同于许多关注下丘脑和调节清醒状态激素的昼夜节律研究，Scimemi的团队正在研究负责学习和记忆的海马体。他们的研究表明，一天中的时间可以显著影响我们吸收新信息的能力，这种模式具有生物学基础。
“我们在一天中的不同时刻是不同的个体，”Scimemi说道，“我们现在试图确定的是，这种差异是否仅表现在行为上，还是也会影响我们编码和检索信息的能力。我们发现，在小鼠中，最佳学习时间出现在光周期的中间阶段，这时小鼠自然活动较少，它们的大脑似乎最适合吸收新信息。但在记忆方面则没有表现出昼夜节律性。一旦知识被编码，它可以在任何时间被检索。”
这在进化上有其意义。虽然可能存在学习新信息的最佳窗口，但我们必须能够在任何时候回忆起帮助我们识别危险或导航熟悉地形的记忆。
“昼夜节律紊乱在阿尔茨海默病中已被证实，但这种关系的本质仍不清楚，”Scimemi补充道，“这条研究线为探讨昼夜节律活动的变化是否导致阿尔茨海默病的认知衰退，或者疾病本身是否引起昼夜节律紊乱奠定了基础。换句话说，昼夜节律紊乱是推动阿尔茨海默病进展的原因，还是疾病的后果？这个‘先有鸡还是先有蛋’的问题将是未来几年我们实验室的重点。”
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