通过建立从细胞到全脑网络的记忆形成关键脑区新模型，该研究团队希望能够识别阿尔茨海默病进展中的关键变化，为开发更早、更有效的治疗方法指明方向。
南加州大学凯克医学院的马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所（Stevens INI）研究团队已获得美国国立卫生研究院（NIH）的重大资助，用于调查阿尔茨海默病（AD）中的一个长期未解之谜：海马体中特定神经元的丧失如何导致AD患者出现的认知障碍？
该项目由南加州大学凯克医学院生理学、神经科学及生物医学工程助理教授迈克尔·S·比恩科夫斯基博士（Michael S. Bienkowski, PhD）领导，为期五年的NIH R01资助将支持开发一种强大的新型海马体细胞类型特异性多尺度模型。海马体是记忆形成所必需的脑区，也是阿尔茨海默病最早受影响的区域之一。多尺度模型能够连接脑部不同"层级"的信息，从细胞和神经回路等微小细节到更大区域和全脑网络，使研究人员能够观察一个层级的变化如何影响其他层级。
阿尔茨海默病影响着600多万美国人，预计到2050年这一数字将几乎翻倍。尽管毒性蛋白如淀粉样蛋白和tau蛋白的积累是该疾病的标志，但这些变化并非对所有神经元造成同等损害。了解特定细胞类型在疾病过程中如何变化，可能揭示认知障碍和痴呆的神经回路基础，并为更早、更有效的干预措施确定新靶点。
"阿尔茨海默病对大脑的损害并非均匀分布，"比恩科夫斯基表示，"即使在同一个脑区内，某些神经元也会迅速退化，而其他神经元则相对保持完整。本项目旨在模拟这些神经元及其连接的细胞和分子变化如何开始破坏海马网络并导致功能障碍。"
该研究基于比恩科夫斯基先前开发的"海马体基因表达图谱"（Hippocampus Gene Expression Atlas，HGEA）工作，这是一个基于基因活性和神经连接模式定义不同海马体神经元群体的详细地图。利用这一框架，新研究将结合尖端分子成像、3D神经回路重建和先进计算建模技术，深入了解阿尔茨海默病相关变化随时间推移的功能后果。
研究团队包括南加州大学技术与医学系统研究所（ITEMS）的两位成员——吉安卢卡·拉齐博士（Gianluca Lazzi, PhD）和让-马里·布特耶博士（Jean-Marie Bouteiller, PhD），他们在海马体和视网膜计算建模方面的世界级专长对本研究至关重要。团队将同时分析阿尔茨海默病小鼠模型和捐赠的人类脑组织，以识别在神经元死亡前显示早期应激迹象、基因活性改变或结构损伤的细胞类型。这些发现将被整合到一个多尺度模型中，模拟特定神经元的渐进性丧失或断连如何破坏与记忆相关的脑网络。
"这种多尺度方法使我们能够连接海马体不同部分在疾病不同进展时间点发生的变化，"比恩科夫斯基表示，"这是一种研究阿尔茨海默病机制的方法，在活体患者中根本不可能实现，并为安全快速评估新的疾病治疗靶点提供了一个虚拟试验平台。"
该项目的一个关键创新在于其能够虚拟测试保护或恢复特定神经元类型如何稳定与记忆相关的脑网络。通过模拟阿尔茨海默病在多个阶段的进展，该模型可帮助研究人员识别疾病进展中最关键的转折点，并在不可逆损伤发生前优先考虑治疗策略。
南加州大学凯克医学院神经科学加达·伊拉尼讲席教授、史蒂文斯神经影像与信息学研究所主任阿瑟·W·托加博士（Arthur W. Toga, PhD）表示，该项目反映了阿尔茨海默病研究向精准神经科学的更广泛转变。
"这项工作展示了如何通过整合大规模数据、先进成像和计算建模来改变我们对神经退行性疾病的认知，"托加表示，"通过揭示在活体人类中无法捕捉到的脑回路和细胞的详细水平，这种细胞尺度的研究补充了体内研究，并帮助我们将患者所见与潜在生物学联系起来。通过精确定位哪些神经元最为重要以及它们何时变得脆弱，这项研究为更精准、更有效的治疗奠定了重要基础。"
该项目开发的所有计算模型和方法学进展都将向科学界公开提供，从而最大化NIH投资的影响并加速该领域的研究进展。
【全文结束】
