Forskare vid University of Virginia School of Medicine har utvecklat ett verktyg för att övervaka kommunikation i hjärnan på ett sätt som aldrig tidigare varit möjligt, och den har redan erbjudit en förklaring till varför Alzheimers läkemedel har begränsad effektivitet och varför patienter blir mycket sämre efter att ha slutat med dem.

Forskarna förväntar sig att deras nya metod kommer att ha en enorm inverkan på vår förståelse av depression, sömnstörningar, autism, neurologiska sjukdomar och större psykiatriska tillstånd. Det kommer att påskynda vetenskaplig forskning om hur hjärnan fungerar, de säger, och underlätta utvecklingen av nya behandlingar.

"Vi kan nu 'se' hur hjärnceller kommunicerar i skarp detalj i både friska och sjuka hjärnor, " sa ledande forskare J. Julius Zhu vid UVA:s farmakologiska avdelning.

Oväntade sändningar

Den nya metoden som utvecklats av Zhu och hans medarbetare låter forskare undersöka överföringar inuti hjärnan på både mikroskopisk nivå och fjärran, mycket mindre nanoskopisk nivå. Den kombinerar en biologisk "sensor" med två olika former av banbrytande bildbehandling.

Metoden kan kvantifiera "neuromodulerande" överföringar, som är förknippade med allvarliga hjärnsjukdomar, inklusive beroende, Alzheimers, depressiva störningar och schizofreni. De är också kopplade till autism, epilepsi, ätstörningar och sömnstörningar.

Neuromodulatoriska överföringar är de "långsammare" överföringarna i hjärnan. De anses vanligtvis involvera många neuroner i stora regioner. Det är i motsats till de mycket snabbare överföringarna som sker neuron-till-neuron.

Men Zhus nya verktyg har redan visat att det inte är så enkelt.

Vid Alzheimers sjukdom, Zhu och hans kollegor upptäckte en överraskande grad av "fin kontroll och precision" i de neuromodulerande överföringarna av hagelgevär. Ofta använda Alzheimers läkemedel som kallas acetylkolinesterashämmare kan hämma denna exakta kommunikation, forskarna rapporterar. Det kan förklara läkemedlens begränsade effektivitet, de säger.

Forskarna fortsatte med att identifiera potentiella förändringar i hjärnan som kan orsakas av långvarig användning av drogerna, vilket skulle kunna förklara varför patienter ofta blir mycket sämre när de slutar ta dem. "Den nya metoden pekar på Alzheimers defekter i den oöverträffade rumsliga och tidsmässiga upplösningen, definiera de exakta målen för medicin, " sa Zhu.

Alzheimers, forskarna säger, är bara toppen av isberget. Det nya systemet har "bred tillämpning" över hela spektrumet av neurologiska och psykiatriska sjukdomar och störningar, de rapporterar i två nya vetenskapliga artiklar. Under de kommande åren, forskarna förutspår, det kommer att hjälpa läkare att förstå neurologiska sjukdomar och psykiatriska problem, screena läkemedel för potentiella behandlingar, identifiera sjukdomsalstrande gener och utvecklas bättre, mer personlig medicin skräddarsydd för specifika patientbehov.

"Om vi ​​ser problem, "Zhu sa, "vi kommer att vara redo att behandla dem."

Forskarna har beskrivit nya tillvägagångssätt och deras resultat i vetenskapliga tidskrifter Molekylär psykiatri och Nanobokstäver .