پژوهش های علمی جدید نشان می دهند که تغییرات میکروبی در دستگاه گوارش با افزایش سن می تواند از طریق التهاب و اختلال در سیگنال دهی عصب واگ، منجر به کاهش توانایی های شناختی شود؛ این یافته ها بر اهمیت بررسی رابطه روده با ضعف حافظه برای درمان های آینده تاکید دارند.
با بالا رفتن سن موجودات زنده، تغییراتی که در باکتری های داخل سیستم گوارش رخ می ده، می تونه مستقیما باعث از دست دادن حافظه بشه؛ چیزی که معمولا با پیری همراهه. این موضوع به رابطه روده با ضعف حافظه اشاره دارد. محقق ها متوجه شدن که با معکوس کردن این تغییرات میکروبی یا تحریک عصب هایی که لوله گوارش رو به مغز وصل می کنن، می شه عملکرد حافظه رو در موش های پیر کاملا بازیابی کرد. این نتایج اخیرا در مجله Nature منتشر شده.
رابطه روده با ضعف حافظه؛ کشف جدید
تیموتی او. کاکس، پژوهشگر فارغ التحصیل در دانشگاه پنسیلوانیا، رهبری این تیم تحقیقاتی رو بر عهده داشت. کریستوف ای. تایس و مایان لوی، هر دو پژوهشگر آسیب شناسی در استنفورد مدیسین و موسسه آرک، به عنوان نویسندگان ارشد این مقاله فعالیت کردن. این تیم می خواستن مکانیسم های بیولوژیکی رو درک کنن که تعیین می کنه حافظه در طول عمر چطور تغییر می کنه. درک عمیق تر این سازوکارها به روشن شدن رابطه روده با ضعف حافظه کمک می کند. اون ها روی مفهومی به اسم «درون فهمی» (interoception) تمرکز کردن که روشی هست که مغز وضعیت داخلی بدن رو حس می کنه.
برخلاف حس های بیرونی مثل بینایی یا شنوایی، درون فهمی به مسیرهای داخلی مثل عصب واگ متکی هست. این دسته بلند از فیبرهای عصبی مثل یک خط ارتباطی پرسرعت بین اندام های داخلی و مغز عمل می کنه. این عصب اطلاعات به روز و مداوم رو از معده و روده ها به منطقه ای از مغز به نام هیپوکامپ منتقل می کنه. هیپوکامپ مرکز اصلی شکل گیری و ذخیره خاطرات جدیده.
محقق ها حدس می زدن که میکروبیوم روده، که شامل صدها گونه باکتریه که در دستگاه گوارش زندگی می کنن، ممکنه روی این ارتباط داخلی تاثیر بذاره. با پیر شدن حیوانات، انواع خاصی از باکتری هایی که در روده هاشون ساکن هستن، به طور طبیعی تغییر می کنن. تیم تحقیق سعی کرد تشخیص بده که آیا این تغییرات باکتریایی می تونه سیگنال های ارسالی از طریق عصب واگ رو تغییر بده یا نه.
اگه میکروبیوم روده روی سیگنال دهی عصبی تاثیر بذاره، این موضوع می تونه توضیح بده که چرا توانایی های شناختی با گذشت زمان ضعیف می شن. این یافته ها ارتباط مستقیمی با درک رابطه روده با ضعف حافظه دارد. لوی در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «مطالعه ما تاکید می کنه که فرایندهای مغزی رو می شه از طریق مداخلات محیطی اصلاح کرد.» اون اشاره کرد که چون سیستم گوارش با درمان های خوراکی به راحتی در دسترسه، تغییر مواد شیمیایی تولید شده توسط باکتری های روده، راه جذابی برای کنترل عملکرد مغز پیشنهاد می ده.
برای آزمایش رابطه بین باکتری های روده و حافظه، که در واقع همان رابطه روده با ضعف حافظه است، محقق ها موش های جوان رو در همون قفس هایی قرار دادن که موش های پیرتر بودن. چون موش ها به طور طبیعی مدفوع موجود در محیطشون رو می خورن، حیوانات جوان خیلی سریع باکتری های روده حیوانات پیرتر رو جذب کردن. بعد از یک ماه زندگی در کنار هم، جمعیت های میکروبی در موش های جوان کاملا شبیه به موش های پیر شد. بعد از اون، محقق ها توانایی های شناختی حیوانات جوان رو آزمایش کردن.
این تیم از تست تشخیص اشیاء جدید استفاده کردن که کنجکاوی طبیعی موش و توانایی یادآوری موارد آشنا رو ارزیابی می کنه. اون ها همچنین موش ها رو در یک ماز (هزارتو) تخصصی قرار دادن که برای پیدا کردن راه خروج، به حافظه فضایی نیاز داره. موش های جوانی که میکروبیوم پیر داشتن، در هر دو کار ضعیف عمل کردن. اون ها کنجکاوی کمی نسبت به اشیاء ناشناخته نشون دادن و در مسیریابی در ماز با مشکل مواجه شدن و رفتارشون خیلی شبیه به موش های پیر بود.
برای جدا کردن اثر باکتری ها از استرس اجتماعیِ زندگی با حیوانات پیرتر، تیم یک آزمایش پیوند انجام داد. اون ها فضولات موش های پیر رو جمع آوری کردن و به معده موش های جوانی که در یک محیط کاملا استریل بزرگ شده بودن، منتقل کردن. این موش های جوان که قبلا بدون میکروب بودن، بعد از دریافت باکتری های پیر، توانایی خودشون رو در شکل دهی خاطرات از دست دادن. در مقابل، موش های پیری که در محیط های استریل و بدون هیچ باکتری روده ای بزرگ شده بودن، تا سنین بالا حافظه تیز و قوی خودشون رو حفظ کردن.
تیم تحقیق بعد از اون به موش های جوانی که میکروبیوم پیر رو دریافت کرده بودن، آنتی بیوتیک های وسیع الطیف دادن. آنتی بیوتیک ها باکتری های تازه وارد شده رو از بین بردن. بعد از این درمان، موش های جوان حافظه شون رو دوباره به دست آوردن و به راحتی تست های ماز و تشخیص اشیاء رو انجام دادن. در کمال تعجب، موش های پیری هم که با همون آنتی بیوتیک ها درمان شده بودن، بازیابی عملکردهای حافظه شون رو تجربه کردن.
مکانیسم های تاثیرگذار در رابطه روده با ضعف حافظه
در مرحله بعد، محقق ها تلاش کردن تا باکتری های خاصی رو که مسئول زوال شناختی بودن، شناسایی کنن. با فهرست بندی تغییرات میکروبی که در طول عمر یک موش رخ می ده، اون ها متوجه افزایش مداوم گونه ای باکتری به نام Parabacteroides goldsteinii شدن. وقتی محقق ها فقط همین باکتری خاص رو وارد دستگاه گوارش موش های جوان کردن، این حیوانات دچار نقص حافظه شدن. انواع دیگه باکتری ها این اثر رو ایجاد نکردن. این نشان دهنده یک جنبه کلیدی در رابطه روده با ضعف حافظه است.
تیم تحقیق محصولات جانبی شیمیایی ایجاد شده توسط Parabacteroides goldsteinii رو تجزیه و تحلیل کردن تا بفهمن چطور روی بدن تاثیر می ذاره. اون ها متوجه شدن که این باکتری ها مقدار زیادی اسیدهای چرب زنجیره متوسط تولید می کنن که نوع خاصی از مولکول های چربی هستن. وقتی محقق ها این مولکول های چربی جدا شده رو به موش های جوان دادن، حیوانات بلافاصله علائم از دست دادن حافظه رو نشون دادن. این مولکول ها مثل سیگنالی عمل می کردن که محیط محلی روده ها رو تغییر می داد.
در دستگاه گوارش، این مولکول های چربی با سلول های میلوئیدی تعامل دارن؛ نوعی گلبول سفید که در روده برای شناسایی تهدیدها گشت می زنه. اسیدهای چرب به یک گیرنده خاص در بیرون گلبول های سفید متصل می شن. بعد از اتصال، اون ها باعث می شن گلبول های سفید مواد شیمیایی التهابی آزاد کنن. محقق ها اشاره کردن که این واکنش التهابی در روده و ذخایر چربی نزدیک به اون محدود بود و در کل جریان خون پخش نشد.
این التهاب موضعی مستقیما روی عصب واگِ نزدیک تاثیر گذاشت. تیم با استفاده از تکنیک های تصویربرداری پیشرفته، فعالیت الکتریکی عصب واگ رو به صورت آنی کنترل کردن. اون ها مشاهده کردن که مواد شیمیایی التهابی، توانایی عصب برای ارسال سیگنال های الکتریکی به مغز رو ضعیف می کنه. چون عصب واگ سیگنال های کمتری می فرستاد، هیپوکامپ کم فعال شد و نتونست خاطرات جدید رو به درستی ثبت کنه.
برای اثبات اینکه این مسیر عصبیِ مسدود شده ریشه مشکل بوده، محقق ها سعی کردن التهاب رو دور بزنن. اون ها به موش های پیر کپسایسین دادن (ماده ای که باعث تندی فلفل قرمز می شه) که به طور طبیعی فیبرهای حسی عصب واگ رو تحریک می کنه. اون ها همچنین هورمون های روده ای رو آزمایش کردن که می دونیم همون مسیرهای عصبی رو فعال می کنن. وقتی عصب واگ به طور مصنوعی تحریک شد، موش های پیر در تست های حافظه به خوبی حیوانات جوان عمل کردن.
تیم تحقیق همچنین از تکنیک های ژنتیکی برای حذف گیرنده های اسید چرب از گلبول های سفیدِ موش های خاص استفاده کردن. بدون این گیرنده ها، گلبول های سفید نمی تونستن مولکول های چربی باکتریایی رو شناسایی کنن و در نتیجه واکنش التهابی ایجاد نمی کردن. این موش های اصلاح ژنتیکی شده حتی وقتی روده هاشون توسط باکتری های پیر اشغال شده بود، حافظه تیز خود را حفظ کردند. در کنار این یافته ها، استفاده از روش هایی برای تقویت مغز و حفظ سلامت ذهن در سالمندی می تواند به بهبود کلی سلامت ذهن کمک کند. مسدود کردن التهاب با موفقیت از عصب واگ در برابر آسیب محافظت کرد.
اگرچه این نتایج دیدگاه جدیدی در مورد پیری ارائه می ده، اما آزمایش ها کاملا روی مدل های حیوانی انجام شده. محقق ها اشاره می کنن که هنوز مشخص نیست آیا دقیقا همون گونه های باکتریایی و اسیدهای چرب باعث از دست دادن حافظه در انسان می شن یا نه. زنجیره بیولوژیکی دقیق رویدادهایی که التهاب مزمن روده رو به کاهش تحریک پذیری عصبی وصل می کنه، هم به بررسی های بیشتری نیاز داره. مسیرهای آناتومیکی که ساقه مغز رو به هیپوکامپ وصل می کنن، هنوز به طور کامل نقشه برداری نشدن.
تحقیقات آینده بررسی خواهد کرد که این مکانیسم ها چطور در بدن انسان عمل می کنن و آیا درمان های هدفمند می تونن به افرادی که دچار زوال شناختی می شن کمک کنن یا نه. این گام ها برای روشن تر شدن رابطه روده با ضعف حافظه در انسان حیاتی هستند. دانشمندان به ویژه علاقه مند هستن ببینن که آیا تغییر رژیم غذایی یا تجویز درمان های باکتریایی خاص می تونه به طور ایمن التهاب روده رو در افراد مسن کاهش بده.
تایس در بیانیه مطبوعاتی گفت: «امید ما اینه که در نهایت این یافته ها بتونه برای مبارزه با زوال شناختی مرتبط با سن در افراد، به محیط های درمانی منتقل بشه.» علاوه بر این، دستگاه هایی که عصب واگ رو به صورت الکتریکی تحریک می کنن، در حال حاضر برای شرایطی مثل صرع تایید شدن و ممکنه در آینده برای محافظت از حافظه هم امیدوارکننده باشن.
این مطالعه با عنوان «اختلال در عملکرد درون فهمی روده، عامل زوال شناختی مرتبط با سن است»، توسط تیموتی او. کاکس و همکارانش در دانشگاه های برجسته به نگارش درآمده است.
فهم عمیق تر ارتباط میان سیستم گوارش و مغز می تواند مسیرهای تازه ای را برای مقابله با تحلیل رفتن قوای ذهنی باز کند. با توجه به تاثیر مستقیم باکتری های روده بر عصب واگ و حافظه، مراقبت از سلامت میکروبیوم بدن به عنوان یک استراتژی کلیدی در حفظ سلامت شناختی در دوران پیری مطرح می شود.
Scientists discover how gut inflammation can drive age-associated memory loss
