六月是阿尔茨海默病与脑健康意识月。目前全球约有5500万人患有阿尔茨海默病和其他形式的痴呆症，因此加深对这些复杂疾病的理解对于寻找新疗法乃至治愈方法至关重要。
纽约州立大学奥尔巴尼分校（University at Albany, State University of New York）生物科学副教授Annalisa Scimemi致力于神经科学与公共健康的交叉领域研究。她联合了一支由生物学、计算机科学、神经科学和工程学领域的国际科学家团队，旨在探索疾病或一天中的时间如何影响大脑活动，进而改变我们的行为方式。
“总体而言，我的实验室正在研究不同类型的脑细胞和脑区，以更好地了解它们各自的功能及其如何协同工作来塑造认知能力，”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沟通一样。研究大脑中的通信路径并识别特定神经递质的作用，就是我们在学习大脑的语言。”
Scimemi的团队专注于两个主要研究领域：早期阿尔茨海默病的进展以及昼夜节律对学习和记忆的影响。通过在细胞和回路层面检查脑细胞的电活动，她的团队正在寻找神经退行性变的最早迹象，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
“目前仅在美国就有超过700万人受阿尔茨海默病影响，”Scimemi说，“预计在未来25年内这一数字将显著增长。这种疾病的进展无情，虽然药物可以减缓其进程，但尚无治愈方法。”
阿尔茨海默病通常在记忆缺陷出现后才被诊断出来，而此时大脑的损伤已经广泛扩散。Scimemi的研究目标是支持早期诊断工具的开发，重点关注认知能力下降前的一段大脑过度活跃期。
“就在阿尔茨海默病晚期阶段到来之前，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。我们知道这些模式在人类中存在，我们的研究也在小鼠身上观察到了类似的行为。我们现在试图验证的是，这种大脑活动是否可以通过电信号检测到。”
为了研究这一点，Scimemi的团队使用基因工程小鼠模型来表达与阿尔茨海默病相关的蛋白质。在某些实验中，他们会取出并保存脑组织样本，将其保持功能状态长达6至8小时，以便在受控环境中研究活体神经元的行为。这使他们能够直接比较健康小鼠与具有阿尔茨海默病相关变化的小鼠之间的大脑活动差异，并可能检测到未来可用于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。“通过识别无需手术即可检测的大脑信号，我们的研究结果可能会推动一种经济实惠且易于获取的阿尔茨海默病筛查测试的发展。理想情况下，这将像常规的眼科检查或血压测量一样简单，能够在重大损害发生之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24小时的生物钟）如何影响我们的学习与记忆能力。与许多专注于下丘脑和调节清醒激素的昼夜节律研究不同，Scimemi的团队正在研究负责学习和记忆的海马体区域。他们的研究结果表明，一天中的时间会显著影响我们吸收新信息的能力，而这种模式是生物硬编码的。
“我们在一天中的不同时段是‘不同的人’，”Scimemi说。“我们现在试图确定的是，这种差异是否仅仅表现在行为上，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，学习的最佳时间出现在光相中期，此时小鼠自然活动较少，其大脑似乎最适合吸收新信息。但记忆过程似乎没有昼夜节律性。一旦知识被编码，就可以在任何时间检索。”
这在进化上是有道理的。尽管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。
“已知昼夜节律在阿尔茨海默病中会被破坏，但这种关系的本质仍不清楚，”Scimemi补充道。“这条研究线为探究昼夜活动的变化是否导致了阿尔茨海默病的认知衰退，或者疾病本身是否引发了昼夜节律的紊乱奠定了基础。换句话说，昼夜节律的紊乱是阿尔茨海默病进展的原因，还是结果？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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