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2022年7月1日 星期五

無痛戒菸可能嗎?

不管是菸癮、酒癮,還是毒癮,輕者傷身,重者造成社會問題,科學家們一直想找出戒癮的方法,試了各種方法,有的是用刺激腦部的方式,包括用 TMS (transcranial magnetic stimulation) 和 DBS (deep brain stimulation),有的是用手術,但是因為一直不確定到底哪個部位是控制癮,所以很有可能會產生後遺症,至今尚未找出好方法。

最近有一篇美國和芬蘭研究團隊合作發表在 Nature Medicine 的論文比較了一百多位腦部受傷的患者,這些患者在受傷前都有煙癮,平均一天要抽掉 23 根煙左右,但是其中有 34 位在腦部受傷後就立刻戒掉了,而另外 69 位還是繼續抽,到底這兩組患者腦部受傷的部位有何不同?為何有人腦部受傷後可以馬上無痛戒菸?

比較了大家腦部受傷的部位,發現受傷的部位都不太一樣,很難找到造成無痛戒菸的一致受傷部位,於是研究團隊認為,控制癮的可能不是一個區塊,而是一個神經迴路。經過腦部掃描和分析後,研究團隊發現無痛戒菸組受傷的部位包括背側扣帶回皮質(dorsal cingulate cortex, DCC), 外側前額葉皮質(lateral prefrontal cortex, lPFC)和島腦(insula),還有和這些部位有強烈神經連結的區塊,似乎顯示這些部位是一個成癮迴路。他們根據這些區塊和神經迴路畫了一張成癮戒斷網絡圖(addiction remission network),這張圖裡的正區塊(positive region)表示和造成無痛戒菸的受傷部位有正向的神經連結(positive functional connectivity),負區塊(negative region)則是和造成無痛戒菸的受傷部位有負連結(negative connectivity)。他們發現無痛戒菸患者的受傷區塊似乎和扣帶迴皮質(cingulate)和島腦有正連結,而和內側前額葉皮質(medial prefrontal cortex, mPFC)則是負連結(negative connectivity)。

研究團隊想知道這個神經迴路是否調控所有的癮,於是另外分析了另一組經過酒精成癮評估的患者,發現這個神經迴路有受傷的患者被評斷為酒精成癮機率較低的,表示這個神經迴路影響著各種癮,如果針對這個迴路做TMS,可能可以有效戒掉各種癮。

本論文其中一位通訊作者,同時也是哈佛醫學院的教授 Dr. Michael Fox 表示,之前都以為是大腦的某個區塊控制癮,但他們的發現顯示,控制癮的其實是一條神經迴路,所以戒癮治療應該要針對迴路,而不是針對區塊,不過這也顯示治了療癮的難度。



Articles:

The Scientist / Damage to Brain Network Curbs Urge to Smoke

Technology Networks /Patients That Easily Quit Smoking After Brain Damage May Hold Clues for Addiction Treatments



原論文:J. Joutaa et al, Brain lesions disrupting addiction map to a common human brain circuit. Nature Medicine (2022)








2020年12月30日 星期三

Ketamine 抗憂鬱的可能機制

抗憂鬱藥(antidepressant)一直以來有個缺點,就是藥效作用很慢,至少要一個禮拜以上才會產生效果,而且有約 30% 的患者對常用的抗憂鬱藥,也就是 SSRIs (selective serotonin reuptake inhibitors) 沒反應,因此近期對於 SSRIs 到底有沒有用起了很多問號和不少爭議。

相關文章:抗憂鬱藥真的沒效嗎?

相較於 SSRIs,ketamine (K他命)的作用很快,因此近年來有不少研究是關於怎麼用 ketamine 來治療重度憂鬱症(major depression disorder, MDD)。

Ketamine 在 1960 年代便已出現,最初是當鎮定劑使用,現在則是用來麻醉動物。由於 SSRIs 作用很慢而且需要持續施藥,病人需要幾週至上月才會對 SSRIs 產生反應,但重度憂鬱症的人可能等不到藥物反應就自殺了。相對的,Ketamine 的作用則很快,只要幾個小時就能改善心情,而且一劑藥就可以維持一週,不過它的副作用就是會上癮和產生 dissociative effect (感覺和周遭環境和自身脫離),所以目前很多用 ketamine 做研究,希望能找出它的作用機制,然後研發出和它作用相同但沒有副作用的藥物,只是到目前都還無法確定 ketamine 是如何作用的。

相關文章:K他命在治療憂鬱症上的突破

目前認為 ketamine 的機制是抑制神經傳導物質接受器 NMDAR (antagonist),之前有篇研究引起很大的關注,那篇研究發現 ketamine 的抗憂鬱效果不在於它本身,而是它的其中一個代謝物 -- (2S,6S;2R,6R)-HNK,而這個代謝物是作用在另一個神經傳導接受器 AMPAR 上面[註],最重要的是它沒有上癮的副作用。之前有研究顯示,在老鼠實驗中,(2R,6R)-HNK 的抗憂鬱作用需要激活 mTORC1 kinase,而 mTORC1 signalling pathway 控制著許多神經細胞內的活動,例如脂肪生成、葡萄糖代謝、mRNA 轉譯和蛋白質生成。

註:NMDAR 和 AMPAR 皆是神經元細胞(neurons)上的受體,和海馬迴的記憶功能有關。


Figure / mTORC1 signalling pathway. (A) When mTORC1 is inactive, 4E-BP binds to eIF4E and subsequently inhibits mRNA translation. (B) When mTORC1 is active, it phosphorylates 4E-BP. Phosphorylated 4E-BP dissociates from eIF4E and allows formation of eIF4F complex, which subsequently recruits ribosomes for mRNA translation and protein synthesis.

這期的 Nature 有篇研究是關於 ketamine 作用的機制,加拿大的研究團隊發現 eIFs (eukaryotic initiation factors) 中的 4E-BPs (4E-binding proteins) 在其中扮演了重要的角色,主要是影響 mTORC1 控制的蛋白質生成。哺乳類動物有三個 4E-BPs 基因,在老鼠腦部,4E-BP1 和 4E-BP2 表現在其 PFC (prefrontal cortex) 和海馬迴(hippocampus, HPC),海馬迴的神經元細胞只表現 4E-BP2,而在 PFC,4E-BP1 和 4E-BP2 接表現在 excitatory (CAMK2α+) 和 inhibitory (GAD67+, GABAergic) neurons。

當老鼠神經元細胞裡的 4E-BPs 基因被拿掉後,ketamine 無法在腦部細胞發揮抗憂鬱效用,因為 ketamine 的抗憂鬱作用在 excitatory neurons 裡是透過 4E-BP2,在 inhibitory neurons 裡是透過 4E-BP1 和 4E-BP2。憂鬱症的老鼠實驗是把老鼠放進沒有落腳處的水裡逼迫牠們游泳(forced swim test, FST),然後觀察他們的求生意志,有憂鬱症狀況的老鼠會較快放棄游泳求生,呈現不動的狀態(immobility)。

Forced Swim Test (FST): "The forced swim test is a rodent behavioral test used for evaluation of antidepressant drugs, antidepressant efficacy of new compounds, and experimental manipulations that are aimed at rendering or preventing depressive-like states. Mice are placed in an inescapable transparent tank that is filled with water and their escape related mobility behavior is measured." (A Can et al, J Vis Exp 2012)


Figure / Mouse forced swim test (Danish 3R-Center)

正常的老鼠,在打了 ketamine 後放進水裡一個小時後,不動的比例是 67.9%。他們也試了 (2R,6R)-HNK,效果和 ketamine 差不多,不動的比例是 61.1%。另外,ketamine 的效力可以維持多天,老鼠在打了高劑量的 ketamine 六天後,在游泳實驗裡,仍可以降低 80.6% 的不動比例。失去 4E-BP1 或 4E-BP2 基因的老鼠,在游泳實驗裡,即便打了高劑量的 ketamine 或 (2R,6R)-HNK,不動的比例也沒有降低,跟只打生理食鹽水的比例一樣,而其海馬迴裡可被 ketamine 激發的 excitatory neuromission 也被抑制。

他們也做 cell-specific deletion,也就是只有特定的神經細胞裡的 4E-BPs 基因被刪除,他們試驗了兩種細胞:excitatory neurons 和 inhibitory neurons。當 excitatory neurons 的 4E-BPs 基因被刪除後,ketamine 和其代謝物 (2R,6R)-HNK 便失去了抗憂鬱的效用,顯示在 ketamine 的作用中4E-BPs 是必要的。有趣的是當 inhibitory neurons 裡的 4E-BP2 基因被刪除的話,也會降低游泳實驗時老鼠不動的比例。他們也發現,當老鼠的 inhibitory neurons 缺少 4E-BP2 的時候,他們的 GABAergic synaptic transmission 增加了。而事實上 GABAergic neurons 也被認為和憂鬱症有關,神經傳導物質 GABA (gamma aminobutyric scid)有鎮定的效用。

【 題外話 】之前 UBC 的實驗室就有位博士生是研究用 ketamine 治療 MDD,用的老鼠株是 Wister Kyoto (WKY),每次他把 Kyoto 唸成 ki-o-to 的時候都很想糾正他是 kyo-to,不是 ki-o-to。XD



Articles:

TN / How Does Ketamine Combat Depression?


Paper:

A Aguilar-Valles et al, Antidepressant actions of ketamine engage cell-specific translation via eIF4E. Nature (2020)











2019年12月28日 星期六

刺激腦波可能改善阿茲海默症

大腦裡有各種腦波,其中的 γ oscillations (30-90 Hz) 和認知功能有關,被認為是發生在抑制型(inhibitory)腦神經細胞 -- 中介神經元(interneurons),在精神專注的時候出現。2016 年時 MIT 的研究團隊發現腦部的 γ oscillations在一些神經性疾病發生前會出現變化,例如在阿茲海默症的基轉老鼠(5XFAD)中,γ oscillation 在認知能力衰退前或是 plaques 出現前會降低,而當研究人員用 40Hz 頻率的閃光刺激其中一種腦神經細胞(interneurons)後,老鼠腦中的 Aβ 堆積降低了。


Figure / Specific brainwaves with their characteristics (Marzbani et al, Basic Clin Neurosci 2016; doi: 10.15412/J.BCN.03070208)

這些 AD 基轉老鼠在三個月大的時候,腦部海馬迴(hippocampus)的 Aβ 邊開始增加,並且出現學習力和記憶力上的障礙。另外,γ oscilliations 會在海馬迴的 CA1 區裡出現,且是在當老鼠跑步、θ oscillations (4-12 Hz) 出現的時候,和靜止時、SWRs (sharp-wave ripples, 150-250 Hz) 發生的時候,AD 基轉老鼠的 γ 則在 SWR 時期比正常老鼠低。而在用光刺激 γ oscillations,使其恢復正常後,海馬迴裡的 Aβ 和 p-tau 便降低了。

因為用光刺激能夠觸及的範圍只有視覺的區域,於是他們在後來的實驗裡,以每天一小時的頻率,同樣以 40 Hz 的頻率用聲音去刺激大腦,結果顯示大腦的聽覺區 AC (auditory cortex),還有內側前額葉皮質(medial prefontal cortex, mPFC) 和海馬迴的 CA1 裡的 Aβ 和 tau 都降低了,並且在學習力和記憶力的測試裡的表現也比較好。另外,同時用光和聲音去刺激的效果比單用光或聲音去刺激的效果好。

ps. 在看這篇新聞的時候,看著看著看到了通訊作者 -- Li-Huei Tsai,跟著唸了一下覺得這個名字好像在哪聽過,孤狗了之後才發現原來是中研院院士蔡立慧,之前中研院院長候選人之一啊啊啊。



Articles:

MIT News / Brain wave stimulation may improve Alzheimer’s symptoms (March 2019)

Science Alert / Scientists 'Clear' Alzheimer's Plaque From Mice Using Only Light And Sound (March 2019)

Nature / How flashing lights and pink noise might banish Alzheimer’s, improve memory and more (Feb 2018)


Papers:

HF Iaccarino et al, Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature (2016)

AJ Martorell et al, Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition. Cell (2019)










2017年10月14日 星期六

貴的藥讓你覺得副作用比較大

Placebo effects 是指吃了安慰劑後,病人以為吃的是真藥,因此覺得身體狀況有改善。但除了 placebo effects 外,還有一個相反的叫 nocebo effects,是指吃的是安慰劑,但病人覺得有出現副作用的症狀。Nocebo effects 通常會和 placebo effects 共生,當病人被告知這個要很有用,但是也有副作用的話,他吃下去後會覺得有用(placebo effects),但也會覺得有出現副作用的徵狀(nocebo effects)。會有 placebo effects 多是因為心理作用,之前有研究顯示,影響心理作用的因素之一包括廣告效應。另外藥物資訊也會影響 placebo effects,例如價格,很多人覺得越貴的藥越有效。(個人覺得有的沒的的直銷更強,像是加幣五、六千塊的鹼水機也有人買的下去,拿了新聞給他看了卻還是堅信喝鹼水能夠防癌。)

舊文:止痛藥為什麼會難產,是因為真的沒效用嗎?

這期 Science 有篇研究顯示,價格不只會影響病人對 placebo 的反應(貴的藥效果好像比較好),也會影響對 nocebo 的反應(貴的藥雖然效果好,但是副作用也比較大)。當病人被告知藥(其實是安慰劑)很貴時,就會覺得:嗯,藥真的有效,但我也強烈地感受到它的副作用。這篇研究領導人,同時也是為神經科學家 Dr. Alexandra Tinnermann 做了兩種膏藥,都是不含有效成分的安慰劑,然後把其中一包裝成比較貴的樣子,取名為 "Solestan® Creme",另一種包裝成便宜貨的樣子,命名為 "Imotadil-LeniPharma Creme",然後讓一群健康的受試者擦這兩種膏藥。他們跟受試者說這兩個膏藥是治療異位性皮膚炎的(atopic dermatitis),但是副作用是會對痛比較敏感(hyperalgesia),並且告知兩者的價格。

他們在受試者的手臂擦上其中一種膏藥,同時也擦了另一種被告知是不含有效成分的藥膏(Control),他們告訴受試者 Control 藥膏只是用來當作疼痛感覺的基線,和有效藥膏(貴的和便宜的)做比較用的。等幾分鐘讓藥膏被吸收後,在擦藥的地方用加熱器以 45C 的溫度刺激,結果擦貴的藥膏的受試者感受到痛的程度是擦便宜藥膏的兩倍,然後擦貴的藥膏的人覺得越來越痛,但是擦便宜藥膏的覺得後來變得比較不痛。他們也用 fMRI 測了大腦的影像,發現脊髓裡對痛覺敏感的區塊。擦了比較貴藥膏的人,他們的大腦的前額葉皮質(prefrontal cortex, PFC)和接連腦部和脊髓的 periaqueductal gray (PAG) 的活躍程度升高了,而在 PFC 附近的 rACC (rostral anterior cingulate cortex) 的活動程度則是減少了。有趣的是在其他的研究中,對安慰劑(placebo)有反應的人的 PFC 和 PAG 活躍程度也有增加,顯示脊髓參與了痛覺認知的處理過程,不管安慰劑是增加或是減少痛的感覺。在 rACC 的部分,如果更多的痛是被預期的, rACC 的活動就比較低,而隨著痛感的減少,rACC 的活動會增加。以上結果顯示了 rACC, PAC 和脊髓之間的合作關係,還有其在價格和痛覺認格知上的影響。



Articles:

Science / Pricier meds mean worse side effects, thanks to ‘nocebo’ effect (2017)

L Colloca, Nocebo effects can make you feel pain Negative expectancies derived from features of commercial drugs elicit nocebo effects. Science (2017)


Paper:

A Tinnermann et al, Interactions between brain and spinal cord mediate value effects in nocebo hyperalgesia. Science (2017)