à¹à¸§à¸à¹à¸²à¸à¸±à¸ à¸à¸à¸±à¸à¸à¸´à¹à¸¨à¸©
สารบัญ:
ในชีวิตจังหวะเวลาเป็นทุกสิ่ง
นาฬิกาภายในร่างกายของคุณ - จังหวะ circadian - ควบคุมกระบวนการที่หลากหลาย: เมื่อคุณหลับและตื่นเมื่อคุณหิวเมื่อคุณมีประสิทธิผลมากที่สุด ด้วยผลที่เห็นได้ชัดในชีวิตของเราเราไม่น่าแปลกใจเลยที่มันมีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของเราเช่นกัน นักวิจัยมีการเชื่อมโยงสุขภาพ circadian กับความเสี่ยงของโรคเบาหวาน, โรคหัวใจและหลอดเลือดและการเสื่อมของระบบประสาท เป็นที่ทราบกันว่าช่วงเวลาของมื้ออาหารและยาสามารถส่งผลต่อวิธีการเผาผลาญของพวกเขา
ความสามารถในการวัดสัญญาณนาฬิกาภายในหนึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาสุขภาพและการปรับยาให้เป็นแบบส่วนบุคคล มันสามารถใช้ในการทำนายผู้ที่มีความเสี่ยงสำหรับโรคและติดตามการกู้คืนจากการบาดเจ็บ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดเวลาส่งมอบเคมีบำบัดและความดันโลหิตและยาอื่น ๆ เพื่อให้ได้ผลดีที่สุดในปริมาณต่ำลดความเสี่ยงของผลข้างเคียง
อย่างไรก็ตามการอ่านนาฬิกาภายในของนาฬิกายังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญในการนอนหลับและการมีสุขภาพที่ดี วิธีการในปัจจุบันต้องใช้ตัวอย่างเมลาโทนินในเลือดทุกชั่วโมง - ฮอร์โมนที่ควบคุมการนอนหลับ - ในเวลากลางวันและกลางคืนซึ่งมีราคาแพงและเป็นภาระอย่างมากสำหรับผู้ป่วย สิ่งนี้ทำให้ไม่สามารถรวมเข้ากับการประเมินทางคลินิกตามปกติ
เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันต้องการได้รับการวัดเวลาภายในที่แม่นยำโดยไม่จำเป็นต้องมีการสุ่มตัวอย่างแบบอนุกรมเป็นภาระ ฉันเป็นนักชีววิทยาทางคอมพิวเตอร์ที่มีความหลงใหลในการใช้อัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์และการคำนวณเพื่อทำความเข้าใจกับข้อมูลที่ซับซ้อน ผู้ทำงานร่วมกันของฉันฟิลลิสซี่และ Ravi Allada เป็นผู้เชี่ยวชาญที่มีชื่อเสียงระดับโลกในด้านเวชศาสตร์การนอนหลับและชีววิทยาในปัจจุบัน ทำงานร่วมกันเราออกแบบการทดสอบเลือดอย่างง่ายเพื่ออ่านนาฬิกาภายในของบุคคล
ฟังเพลงจากเซลล์
จังหวะ circadian มีอยู่ในทุกเซลล์ของร่างกายของคุณนำโดยนาฬิกากลางที่อยู่ในภูมิภาคนิวเคลียส suprachiasmatic ของสมอง เช่นเดียวกับนาฬิการองในโรงงานเก่านาฬิกาที่เรียกว่า "อุปกรณ์ต่อพ่วง" เหล่านี้จะถูกซิงโครไนซ์กับนาฬิกาหลักในสมองของคุณ
เซลล์ของคุณให้เวลาผ่านเครือข่ายของยีนนาฬิกาหลักที่ทำงานในลูปข้อเสนอแนะ: เมื่อเปิดใช้งานยีนหนึ่งกิจกรรมของมันจะทำให้โมเลกุลอื่นกลับลงมาและการแข่งขันครั้งนี้ทำให้เกิดการไหลเวียนของยีนและการกระตุ้นภายใน 24 ชั่วโมง - รอบเวลาของคุณ ยีนเหล่านี้จะควบคุมกิจกรรมของยีนอื่น ๆ ซึ่งแกว่งไปมาตลอดทั้งวัน กลไกของการกระตุ้นยีนแบบยีนเป็นระยะนี้จะทำให้กระบวนการทางชีววิทยาข้ามเซลล์และเนื้อเยื่อต่าง ๆ เอื้อให้เกิดการซิงโครไนซ์ในเวลาที่กำหนดของวัน
การค้นพบยีนแกนสัญญาณนาฬิกานั้นเป็นพื้นฐานของความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการทำงานของระบบชีวภาพที่ได้รับการยอมรับจากคณะกรรมการโนเบลเมื่อปีที่แล้ว Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash และ Michael W. Young ร่วมกันได้รับรางวัลโนเบลปี 2017 สาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์“ สำหรับการค้นพบกลไกระดับโมเลกุลที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ” นักวิจัยคนอื่น ๆ ระบุว่ายีนอื่น ๆ ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ตอบสนองต่อจังหวะ circadian เปลี่ยนกิจกรรมของพวกเขาในช่วงเวลาของวันเช่นกัน
สิ่งนี้ทำให้เรามีความคิด: บางทีเราอาจใช้ระดับกิจกรรมของยีนในเลือดเพื่ออนุมานเวลาภายในของบุคคล - เวลาที่ร่างกายของคุณคิดว่ามันเป็นโดยไม่คำนึงถึงสิ่งที่นาฬิกาบนผนังบอก พวกเราหลายคนเคยมีประสบการณ์เกี่ยวกับความรู้สึก“ ไม่ซิงค์” กับสภาพแวดล้อมของเรา - ความรู้สึกเหมือนมันคือ 5:00 น. แม้ว่าสัญญาณเตือนของเรายืนยันว่ามันอยู่แล้ว 7:00 น. ซึ่งอาจเป็นผลมาจากกิจกรรมของเราไม่สอดคล้องกัน นาฬิกาภายในของเรา - นาฬิกาบนผนังไม่ได้บ่งบอกเวลาที่ดีสำหรับคุณ เมื่อทราบว่านาฬิกาภายในของนาฬิกามีผลกระทบต่อชีววิทยาและสุขภาพอย่างลึกซึ้งเพียงใดเราได้รับแรงบันดาลใจให้ลองวัดกิจกรรมของยีนเพื่อวัดเวลาภายในที่แม่นยำในร่างกายของแต่ละบุคคล เราพัฒนา TimeSignature: อัลกอริธึมการคำนวณที่ซับซ้อนที่สามารถวัดนาฬิกาภายในของบุคคลจากการแสดงออกของยีนโดยใช้การเจาะเลือดสองครั้ง
การออกแบบการทดสอบที่แข็งแกร่ง
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของเรา TimeSignature ต้องเป็นเรื่องง่าย (วัดจำนวนยีนน้อยที่สุดในเวลาเพียงไม่กี่สายเลือด) แม่นยำสูงและที่สำคัญที่สุดคือแข็งแกร่ง นั่นคือควรให้การวัดเวลาทางสรีรวิทยาที่แท้จริงของคุณอย่างถูกต้องไม่ว่าคุณจะนอนหลับฝันดีหรือไม่กลับมาจากวันหยุดพักผ่อนในต่างประเทศเมื่อไม่นานมานี้หรือมีลูกใหม่ตลอดทั้งคืน และต้องทำงานไม่เพียงแค่ในห้องแล็บของเรา แต่ในห้องปฏิบัติการทั่วประเทศและทั่วโลก
เพื่อพัฒนาเครื่องบ่งชี้ทางชีวภาพของยีนเราได้รวบรวมการวัดหลายหมื่นครั้งทุกสองชั่วโมงจากกลุ่มอาสาสมัครผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดี การวัดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการทำงานของแต่ละยีนในเลือดของแต่ละคนในระหว่างวัน นอกจากนี้เรายังใช้ข้อมูลที่ตีพิมพ์จากการศึกษาอีกสามครั้งที่ได้รวบรวมการวัดที่คล้ายกัน จากนั้นเราได้พัฒนาอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องใหม่ที่เรียกว่า TimeSignature ซึ่งสามารถค้นหาข้อมูลจากคอมพิวเตอร์เพื่อดึงชุดไบโอมาร์คเกอร์ขนาดเล็กที่จะเปิดเผยเวลาของวัน ยีน 41 ชุดถูกระบุว่าเป็นเครื่องหมายที่ดีที่สุด
น่าแปลกที่ยีน TimeSignature ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของวงจร "นาฬิกาแกนหลัก" ที่รู้จัก - หลายคนเป็นยีนสำหรับการทำงานทางชีวภาพอื่น ๆ เช่นระบบภูมิคุ้มกันของคุณที่ขับเคลื่อนโดยนาฬิกาจะผันผวนตลอดทั้งวัน สิ่งนี้ตอกย้ำความสำคัญของการควบคุม circadian - ผลของมันต่อกระบวนการทางชีวภาพอื่น ๆ นั้นแข็งแกร่งมากจนเราสามารถใช้กระบวนการเหล่านั้นเพื่อตรวจสอบนาฬิกา!
การใช้ข้อมูลจากกลุ่มย่อยเล็ก ๆ ของผู้ป่วยจากการศึกษาสาธารณะเราได้ฝึกอบรมเครื่อง TimeSignature เพื่อทำนายเวลาของวันตามกิจกรรมของยีน 41 เหล่านั้น (ข้อมูลจากผู้ป่วยรายอื่นถูกเก็บแยกไว้เพื่อทดสอบวิธีการของเรา) จากข้อมูลการฝึกอบรม TimeSignature สามารถ "เรียนรู้" ว่ารูปแบบการทำงานของยีนที่แตกต่างกันมีความสัมพันธ์กับเวลาที่ต่างกันของวัน เมื่อได้เรียนรู้รูปแบบเหล่านั้นแล้ว TimeSignature สามารถวิเคราะห์กิจกรรมของยีนเหล่านี้ร่วมกันเพื่อกำหนดเวลาที่ร่างกายของคุณคิดว่าเป็น ตัวอย่างเช่นแม้ว่าอาจจะอยู่นอกเวลา 7 โมง แต่กิจกรรมของยีนในเลือดของคุณอาจสอดคล้องกับรูปแบบเวลาตีห้าซึ่งบ่งชี้ว่ามันยังคงเป็นเวลาตีห้าในร่างกายของคุณ
จากนั้นเราทดสอบอัลกอริทึม TimeSignature ของเราโดยนำไปใช้กับข้อมูลที่เหลือและแสดงให้เห็นว่ามีความแม่นยำสูง: เราสามารถสรุปเวลาภายในของบุคคลได้ภายใน 1.5 ชั่วโมง นอกจากนี้เรายังแสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึมของเราทำงานกับข้อมูลที่เก็บรวบรวมในห้องปฏิบัติการที่แตกต่างกันทั่วโลกโดยแนะนำว่าสามารถนำไปใช้งานได้ง่าย นอกจากนี้เรายังสามารถแสดงให้เห็นว่าการทดสอบ TimeSignature ของเราสามารถตรวจจับจังหวะ circadian ที่แท้จริงของบุคคลที่มีความแม่นยำสูงแม้ว่าพวกเขาจะถูกกีดกันการนอนหลับหรือเจ็ทล้าหลัง
ประสานสุขภาพกับ TimeSignature
ด้วยการทำให้จังหวะในการวัด circadian ง่ายต่อการลงเวลา TimeSignature เปิดโอกาสที่หลากหลายสำหรับการบูรณาการเวลาในการแพทย์ส่วนบุคคล แม้ว่าความสำคัญของจังหวะ circadian ต่อสุขภาพได้รับการตั้งข้อสังเกตเรามีรอยขีดข่วนพื้นผิวจริงๆเมื่อมันมาถึงการทำความเข้าใจวิธีการทำงานของพวกเขา ด้วย TimeSignature ตอนนี้นักวิจัยสามารถรวมการวัดเวลาภายในที่มีความแม่นยำสูงในการศึกษาได้อย่างง่ายดายโดยรวมการวัดที่สำคัญนี้โดยใช้การเจาะเลือดเพียงสองครั้ง TimeSignature ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบว่านาฬิกาทางสรีรวิทยาส่งผลกระทบต่อความเสี่ยงของโรคต่าง ๆ ประสิทธิภาพของยาใหม่เวลาที่ดีที่สุดในการศึกษาหรือออกกำลังกายและอื่น ๆ
แน่นอนว่ายังมีงานอีกมากที่ต้องทำ ในขณะที่เรารู้ว่าการเยื้องศูนย์เป็นปัจจัยเสี่ยงต่อการเกิดโรค แต่เรายังไม่ทราบว่าการวางแนวที่ไม่ดีสำหรับคุณนั้นมากแค่ไหน TimeSignature ช่วยให้การวิจัยเพิ่มเติมเพื่อหาปริมาณความสัมพันธ์ที่แม่นยำระหว่างจังหวะชีวิตและโรค โดยการเปรียบเทียบ TimeSignatures ของคนที่มีและไม่มีโรคเราสามารถตรวจสอบว่านาฬิกาที่ถูกรบกวนนั้นมีความสัมพันธ์กับโรคและทำนายว่าใครมีความเสี่ยง
ตามถนนเรามองเห็นว่า TimeSignature จะเข้ามาในสำนักงานแพทย์ของคุณซึ่งสุขภาพของคุณจะได้รับการเฝ้าระวังอย่างรวดเร็วง่ายดายและถูกต้องตามการทดสอบคอเลสเตอรอล ตัวอย่างเช่นยาหลายชนิดมีเวลาที่เหมาะสมสำหรับการใช้ยา แต่เวลาที่ดีที่สุดสำหรับคุณที่จะทานยาลดความดันโลหิตหรือเคมีบำบัดอาจแตกต่างจากคนอื่น
ก่อนหน้านี้ไม่มีวิธีที่เป็นไปได้ทางการแพทย์ในการวัดสิ่งนี้ แต่ TimeSignature ทำให้แพทย์ของคุณทำการทดสอบเลือดอย่างง่ายวิเคราะห์กิจกรรมของยีน 41 ชนิดและแนะนำเวลาที่จะให้คุณได้รับประโยชน์มากที่สุด นอกจากนี้เรายังทราบว่าการจัดวางที่ไม่ถูกต้องของสัญญาณนาฬิกา (circadian misalignment) เมื่อนาฬิกาของร่างกายไม่สอดคล้องกับเวลาภายนอกเป็นปัจจัยเสี่ยงที่รักษาได้สำหรับการลดลงของความรู้ความเข้าใจ ด้วย TimeSignature เราสามารถทำนายได้ว่าใครอยู่ในความเสี่ยงและอาจแทรกแซงเพื่อจัดตำแหน่งนาฬิกาของพวกเขา
บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Rosemary Braun อ่านบทความต้นฉบับที่นี่
Sleep Earth สามารถใช้จังหวะ Circadian แปลก ๆ ของพวกเขาไปยังดาวอังคารได้อย่างง่ายดาย
ผู้ที่มีจังหวะเป็นกลางนานขึ้นน่าจะเป็นอาณานิคมที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดบนดาวอังคาร และพวกเขาอาจจะมีความสุขกว่าที่นั่น