阿尔茨海默氏病是一种毁灭性的脑部疾病，全世界约有4700万人受到影响。它是西方世界痴呆症最常见的病因。尽管如此，目前尚无有效治疗阿尔茨海默氏病或​​防止其持续发展的疗法。

阿尔茨海默氏病是由两种异常蛋白(β-淀粉样蛋白和tau蛋白)的积累引起的。Tau特别重要，因为它会导致神经元及其连接死亡，从而阻止大脑区域正常相互交流。在大多数情况下，tau病理首先出现在大脑的记忆中心，称为内嗅皮层和海马结构。已经证明这种病发生在患者有任何疾病症状之前很多年。

随着时间的流逝，tau开始在整个大脑中越来越多地出现。这导致了阿尔茨海默氏病中症状的特征性发展，在该疾病中，最初的记忆力丧失之后是思维和行为的更广泛变化，从而导致独立性丧失。这种情况如何一直存在争议。

跨神经扩散

在发表于《大脑》的研究中，我们提供了人类第一个证据，证明tau会在连接的神经元之间扩散。这是重要的一步，因为尽早停止这种传播可能会预防或冻结阿尔茨海默氏病的症状。

在我们的研究中，我们结合了两种先进的大脑成像技术。首先，正电子发射断层扫描(PET)使我们能够扫描大脑中是否存在特定分子。有了这个，我们就可以直接观察活着的病人中的tau异常，以确切地看到它存在于大脑的每个部位。

第二个功能磁共振成像(fMRI)实时测量大脑中的血流量。这使我们能够观察大脑区域相互交流产生的活动。通过使用两种方法对同一个人进行扫描，我们首次能够将大脑的连接与患有阿尔茨海默氏病的活人的正常tau分布直接相关。

我们使用了一种称为“图形分析”的数学技术来分析大脑的连通性。该技术涉及将大脑分成598个大小相等的区域。然后，我们将区域之间的连通性像社交网络一样对待，评估各种因素，例如大脑区域所拥有的联系人数量，所参与的“友谊”组的数量以及大脑区域中有多少联系人也是彼此的联系人。

在流感流行中，具有大量社交关系的人们最有可能被感染，然后将感染传染给其他人。同样，跨神经元扩散假说预测，紧密连接的大脑区域将产生大多数tau。这就是我们观察到的。这种关系分别存在于每个大脑网络中以及整个大脑中。

我们还能够排除tau在整个大脑中的出现的其他可能解释。以前曾有人提出，tau可能出现在因新陈代谢需求高或邻居缺乏支持而易受伤害的大脑区域。尽管这些因素可能在神经元死亡中很重要，但我们的观察结果并不一致，因为它们是异常tau初始积累的主要驱动力。

此外，通过查看各种疾病严重程度的患者，从轻度认知障碍到已确定的阿尔茨海默氏病，我们能够从其后果中分辨出tau积累的原因。我们发现，阿尔茨海默氏病中tau含量的增加导致大脑整体上的连接减少，而剩下的连接变得越来越随机。

远程连接

最后，我们将阿尔茨海默氏病的发现与一种称为进行性核上性麻痹(PSP)的罕见病进行了对比，这种疾病每10万人中约有3人受到影响。这种情况也是由tau引起的，但仍局限于大脑的底部。我们证明在PSP中，证据不支持跨神经元扩散。这可能是由于两种疾病的tau病理异常结构不同。在阿尔茨海默氏病中，tau存在于“成对的螺旋丝”中，而在PSP中则存在于“直丝”中。

这个想法被称为“跨神经元扩散”，这是之前提出的，并得到了小鼠研究的支持。如果将异常的tau注射到健康的小鼠大脑中，它会迅速扩散并导致小鼠表现出痴呆症状。但是，以前没有显示过这种相同的过程在人类中发生。小鼠研究的证据引起争议，因为注射tau的量相对较高，而且疾病的发展比人类快得多。

我们发现，随着PSP的发展，直接的远程连接会受到优先破坏，这意味着信息必须采取更间接的方式穿越大脑。这可能解释了为什么在问一个问题时，PSP患者通常反应缓慢但正确。