ارتباط بین میکروبیوتای پوست و عملکردهای شناختی مغز

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، دانشمندان دانشگاه ملی مرکزی تایوان، رابطه بین میکروبیوتای پوست و عملکردهای شناختی مغز را با استفاده از روش های electroencephalography و machine learning بررسی کردند. این مطالعه در مجله Scientific Reports منتشر شده است.

میکروارگانیسم های ساکن روی پوست برای حفظ هموستاز پوست، جلوگیری از ورود مهاجمان خارجی (بیماری ها و مواد شیمیایی) به بدن، تنظیم عملکردهای ایمنی و تجزیه محصولات طبیعی بسیار مهم هستند. این عملکردها توسط اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه تولید شده توسط میکروبیوتای پوست انجام می شود.

رشد باکتری در پوست انسان به عوامل مختلفی از جمله ریزمحیط پوست، سن، سطح هورمونی و تولید عرق بستگی دارد. عدم تعادل در ترکیب و تنوع میکروبی پوست (دیسبیوز) می تواند منجر به چندین بیماری پوستی از جمله درماتیت آتوپیک، زخم، پسوریازیس، آکنه ولگاریس، زخم پای دیابتی یا پیتریازیس ورسیکالر شود.

در این مطالعه، دانشمندان برهمکنش های بین میکروبیوتای پوست و سیگنال های مغزی مرتبط با عملکرد شناختی را در افراد سالم ارزیابی کرده اند.

این مطالعه روی 20 فرد سالم انجام شد. سطح توجه (عملکرد شناختی) هر شرکت کننده با فرکانس های مختلف اندازه گیری شد.

فعالیت های الکتریکی مغز هر یک از شرکت کنندگان در طول oddball task با استفاده از الکتروانسفالوگرافی (EEG) تحت سه شرایط مختلف دستکاری جمعیت باکتریایی روی پیشانی شرکت کننده اندازه گیری شد.

برای بررسی تأثیر میکروبیوتای پوست بر عملکردهای شناختی مغز، جمعیت باکتری ها در معرض دستکاری های الکل، گلیسرول و آب قرار گرفتند. دستکاری های الکل، گلیسرول و آب برای از بین بردن باکتری های پوست، افزایش رشد باکتری های پوست و تقلید از رشد طبیعی باکتری های پوست اعمال شد.

تغییرات EEG (پتانسیل های مرتبط با رویداد؛ ERP) با استفاده از روش های آماری و یادگیری ماشینی برای تشخیص تأثیر دستکاری میکروبیوتای پوست بر فعالیت های مغز مرتبط با عملکرد شناختی تجزیه و تحلیل شد.

تصویر: الف) اثرات قابل توجه دستکاری های تجربی بر جمعیت باکتری ها. (ب) تغییرات رنگ پس از دستکاری های تجربی نشان دهنده تخمیر باکتریایی است.

اندازه گیری های چگالی نوری جمعیت های باکتریایی تحت سه دستکاری تجربی، رشد باکتری ها را در شرایط آب و گلیسرول در مقایسه با شرایط الکل به طور قابل توجهی افزایش داد.

سطوح فرآیندهای شناختی شرکت کنندگان با اندازه گیری ERP های N200 (پیک منفی در 200 میلی ثانیه) و P300 (پیل مثبت در 300 میلی ثانیه) در پاسخ به محرک های تجربی تعیین شد.

اندازه گیری های ERP تحت دست کاری های تجربی نشان داد که دستکاری الکل (حذف باکتری) باعث القای قابل توجهی در دامنه P300 در پاسخ به محرک های oddball در مقایسه با شرایط آب و گلیسرول (افزایش رشد باکتری) می شود. این مشاهدات نشان می دهد که حذف باکتری از پوست سطح عملکرد شناختی شرکت کنندگان را افزایش می دهد.

با این حال، علیرغم تنوع قابل توجهی در رشد باکتری در شرایط آب و گلیسرول، این دو دستکاری تجربی تفاوت معنی داری در دامنه P300 مشاهده نکردند.

این مشاهدات نشان می دهد که تأثیر جمعیت باکتریایی پوست بر سیگنال P300 با تعداد باکتری ها متناسب نیست. در عوض، می توان فرض کرد که افزایش جمعیت باکتری سیگنال های مغز را کاهش نمی دهد.

بر اساس شواهد از قبل موجود، دانشمندان این فرضیه را مطرح کردند که گلیسرول می تواند رشد باکتری های خاص اما نه همه باکتری ها را افزایش دهد و همه باکتری ها نمی توانند بر سیگنال های مغزی تأثیر بگذارند. آنها همچنین فرض کردند که کاهش دامنه P300 در شرایط آب و گلیسرول ممکن است به دلیل عدم تعادل در غلظت اسیدهای چرب زنجیره کوتاه روی پوست به دلیل رشد بیش از حد باکتری باشد.

این مطالعه نشان می دهد که حذف جمعیت باکتریایی پوست می تواند به طور قابل توجهی دامنه P300 را در امتداد کانال های خط میانی افزایش دهد که نشان دهنده بهبود قابل توجهی در سطح عملکرد شناختی است.

این مطالعه همچنین نشان می دهد که طبقه بندی کننده های یادگیری ماشینی می توانند با استفاده از داده های EEG با دقت بیش از ۸۸ درصد، هر دستکاری تجربی را از هم جدا کنند.