老龄化大脑倡议研讨会展示了麻省理工学院的“前沿”研究

10 月 23 日，麻省理工学院的老龄化大脑倡议研讨会上，演讲者跨越计算机科学、机械工程、生物工程、神经科学和其他学科，对该大学的研究进行了丰富多样的抽样，以解决一个重大的全球问题：神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症和肌萎缩侧索硬化症 （ALS）。

“我们仍然不完全了解衰老过程背后的机制。我们确实知道衰老与许多健康问题有关，特别是被称为神经退行性疾病的大脑慢性和进行性疾病，“Picower教授Li-Huei Tsai说，他是衰老大脑倡议（ABI）的创始主任和Picower学习与记忆研究所所长。“因此，在麻省理工学院，我们试图鼓励对衰老大脑进行新思考。

她的讲话介绍了为期半天的研讨会和海报会议“研究衰老大脑的前沿方法”，来自21个国家的数百人聚集在46号楼和在线。

2015 年，Tsai 和八位同事创立了 ABI，让麻省理工学院的科学家、工程师和学者参与进来，以解决与年龄相关的神经退行性疾病引起的复杂和多方面的问题。2022 年，ABI 向麻省理工学院的教职员工颁发了种子基金，以帮助他们启动新项目。其中四位教授在研讨会上提供了他们工作的最新情况，罗切斯特大学教授Maiken Nedergaard也发表了主题演讲，他是一位开创性的神经科学家，他发现了大脑固有的“管道”，即“淋巴系统”。

该系统与大脑的脉管系统平行，通过脑组织冲洗脑脊液，提供细胞所需的营养和氧气并带走废物。自2012年Nedergaard发现以来，她和其他实验室已经表明，该系统与大脑健康密切相关，包括与年龄相关的神经退行性疾病。淋巴流动维持健康的大脑功能，如学习，并去除阿尔茨海默病和帕金森病的标志（例如β淀粉样蛋白、过度磷酸化tau蛋白和α突触核蛋白）。但随着人们年龄的增长，这个系统开始动摇。此外，它在睡眠期间很活跃，但患有某些神经退行性疾病的患者睡眠不佳，进一步降低了蛋白质清除率。

“很明显，大脑在废物清除方面存在重大问题，因为衰老疾病，神经退行性疾病都可以被视为肮脏大脑的疾病，”Nedergaard说。

Nedergaard的实验室继续表征淋巴系统及其在大脑健康中的作用，包括系统液体外流的问题如何导致创伤性脑损伤（TBI）后的脑肿胀。她指出，到老年时，大约一半的人将至少经历过一次TBI。

在建项目

然而，神经退行性疾病的复杂性源于无数的、多方面的故障，其根本原因往往不为人知。麻省理工学院的几位演讲者描述了由ABI种子基金资助的新工作，以了解推动这些病理学进展的机制。

生物工程系的新加坡教授、生物化学家彼得·德登（Peter Dedon）提出了一个假设，即神经退行性疾病中淀粉样斑块和tau蛋白纤维缠结的病理学涉及将信使RNA翻译成神经元中蛋白质的失调。基于他们在癌症和传染病方面的发现，他的研究小组正在研究转移RNA（tRNA）的异常修饰和密码子的沉默突变如何导致过度的蛋白质合成和蛋白质沉淀，这些密码子是调节蛋白质翻译过程的关键参与者。使用已知会产生不健康形式的tau蛋白的小鼠模型，Dedon的实验室正在研究脑组织中mRNA的tRNA重编程和密码子偏向翻译，试图确定这些是否可以解释为什么tau病理学在小鼠模型达到年龄阈值时急剧增加。

在她的ABI资助的项目中，d’Arbeloff职业发展机械工程助理教授Ritu Raman正在研究影响活动能力的神经退行性疾病（如ALS）的潜在机制。拉曼的实验室最近开发了一种组织培养平台，该平台在细胞水平上模拟运动的机械效应，并正在开发肌肉和神经元的共培养物。拉曼的假设是，虽然传统上人们认为ALS的运动功能丧失是由于起源于神经元的问题，但了解肌肉交流如何影响神经生长或回缩也可能有好处。例如，在最近的另一项研究中，她及其同事表明，在工程肌肉中反复诱导收缩会影响与神经生长相关的细胞信号通路，使它们在动物模型中更有效的移植物。

研究所教授安·格雷比尔（Ann Graybiel）将镜头缩小到脑细胞、回路和行为的水平，描述了她的实验室对大脑纹状体区域问题的调查。她举了一个研究亨廷顿病的例子，亨廷顿病是一种衰老的神经退行性疾病。皮考尔研究所研究员米里亚姆·海曼（Myriam Heiman）和计算机科学与人工智能实验室成员马诺利斯·凯利斯（Manolis Kellis）一起，格雷比尔（Graybiel）和研究科学家松岛绫野（Ayano Matsushima）展示了基因脆弱性如何破坏这种疾病的运动和情绪。在格雷比尔实验室的新研究中，他们关注的是她所说的第三个“M”，随着年龄的增长而下降：动机，或者我们熟悉的“起床走”的参与感。Graybiel描述了这项研究是如何找到可能导致这种令人不安的衰老影响的大脑回路的，包括神经调节剂多巴胺的控制器和称为星形胶质细胞的非神经元伴随细胞。

改善对脑衰老疾病患者的护理需要的不仅仅是改善对病理学和生理学的理解。医学工程与科学研究所（IMES）成员、电气工程和计算机科学副教授托马斯·赫尔特（Thomas Heldt）与EECS教授Vivienne Sze和Charles Sodini合作，开发了算法和软件，作为监测患者神经认知状态的强大但不显眼的方法。基于研究表明，在衰老和认知能力下降的情况下，眼睛反应表现出速度和准确性的变化，Heldt的实验室正在建立一个系统，可以在iPad等常见的消费设备上进行复杂的眼动追踪测量。这些措施通常是在实验室或临床环境中精心控制的照明和运动条件下采取的，但这严重限制了数据收集的机会。在他们的系统中，志愿者可以使用一个应用程序，要求他们简单地在给定提示的情况下瞥一眼一侧或另一侧，并测量他们的反应时间。该软件能够排除会混淆测量的不同照明或运动伪影。

大量的海报

演讲结束后，现场与会者从46号楼的辛格尔顿礼堂涌入一个中庭，中庭有26张海报，代表麻省理工学院的15个附属实验室。博士后和研究生描述了从脑成像技术和方法到神经退行性疾病中的细胞基因表达、表观基因组学、蛋白质组学或代谢组学研究，再到潜在疗法的研究，例如基因疗法或关键脑节律的感觉刺激。

例如，Picower研究所和IMES的化学工程副教授Kwanghun Chung的实验室展示了三张海报，描述了处理和成像整个人类大脑样本的技术，例如分析死后大脑中的阿尔茨海默氏症病理学。生物工程教授欧内斯特·弗兰克尔（Ernest Fraenkel）实验室的五名成员展示了海报，描述了分析包括ALS，亨廷顿舞蹈症和阿尔茨海默氏症在内的疾病的“多组学”的方法和模型。

从讲台到海报，下午展示了麻省理工学院对研究的广泛兴趣，以更好地了解和解决衰老大脑的疾病。