Мозговая кора – это тонкий слой серого вещества, всего в несколько миллиметров толщиной. Представьте ее как многоэтажный «торт» или «дом», где каждый этаж (слой) выполняет свою функцию. Существует шесть корковых слоев: входной средний слой (IV) принимает сигналы от органов чувств, а глубокие слои (V–VI) отвечают за передачу команд и модуляцию сигналов. С возрастом кора обычно истончается, что традиционно связывают с потерей нейронов и снижением функций. Однако новые исследования показали, что старение затрагивает слои неравномерно – некоторые слои могут оставаться относительно «молодыми», а другие терять толщину или претерпевать другие изменения.
Как проводилось исследование
Ученые под руководством Пенга Лю в 2025 году детально изучили эти послойные изменения. Они использовали высокопольный 7Т МРТ-сканер (в семь раз сильнее обычного) для изучения первичной соматосенсорной коры (области SI) у здоровых молодых (от 18 до 35 лет) и пожилых (старше 65 лет) людей. Этот МРТ позволял «увидеть» микроструктуру слоев размером с песчинку. Участников было около 60 человек в возрасте 21–80 лет. Они выполняли простые задачи (касались и шевелили пальцами), а также лежали в покое, пока сканер регистрировал активность и строил послойные карты толщины и «упрочняемости» – индикаторы миелина (специального «изоляционного» вещества на нейронах) и параметров ткани.
Параллельно на мышах провели опыты с кальциевой имиджингом и гистологией. У мышей подбирали два возрастных «контингента»: молодые (2–6 месяцев) и старые (12–20 месяцев), что примерно соответствует молодым и средневозрастным людям. У этих мышей удаляли часть черепа над «баррельной» (усиковой) зоной коры – аналога сенсорной коры человека для восприятия прикосновений усиками. Мышам вводили генетически закодированный кальциевый индикатор (GCaMP6f) в нейронах, позволяющий двухфотонной микроскопией видеть, как нейроны загораются при стимуле. Дополнительно, после экспериментов брали ткани мозга для окраски на PV-белок (маркер тормозных нейронов – «клеток-подавителей») и на белок миелина (MBP), чтобы посчитать число этих клеток и посмотреть уровень миелина в каждом слое.
В ходе планирования эксперимента ученые выдвинули четыре ключевые гипотезы о том, как могла бы измениться слоистая организация сенсорной коры с возрастом. Эти гипотезы формулировали разными способами, но вкратце их можно описать так:
- Гипотеза сохранения слоев: все слои стареют одинаково, и «слойная архитектура» визуально не изменяется с возрастом. При таком варианте вся кора просто равномерно истончается.
- Гипотеза усиления входного канала: предполагает, что средний (входной) слой IV становится толще (или тоньше) у пожилых людей. Это можно ожидать, ведь этот слой получает сенсорные импульсы, которые с возрастом меняются.
- Гипотеза изменения модуляции: говорит, что глубокие слои (V–VI), отвечающие за «усиление/ослабление» сигналов (например, за внимание и торможение в коре), с возрастом разрушаются. Это могло бы привести к ухудшению торможения и размытию восприятия.
- Гипотеза «разрушенных границ»: предполагала, что в коре «между зонами» – например, между областями, отвечающими за разные пальцы – есть «слабые» миелиновые границы (низко-миелинизированные полосы). Гипотеза говорила, что эти границы могут стираться или «размываться» с возрастом.
Затем по результатам измерений проверяли каждую гипотезу и выясняли, какие сценарии подтвердились, а какие – нет.
Результаты у людей: утончающиеся и «расширяющиеся» слои
Тонкие слои коры. Анализ МРТ-параметров показал, что вся сенсорная кора на руках у пожилых стала в среднем тоньше на ~0,12 мм – это больше статистически значимая разница, чем у молодых. Однако выяснилось, что эта «заурядная» потеря толщины получилась неравномерной: глубокие слои (ближние к белому веществу, «нижние этажи») значительно истончились, тогда как средний слой IV напротив стал толще у пожилых людей. Внешний (верхний) слой практически не меняется. Системные статистические проверки подтвердили, что разница в толщине слоев значима: глубокие слои коры тоньше, а слой IV – толще – у пожилых участников. Этот результат однозначно отвергает идею «одинаковой» старости всех слоев («гипотезу сохранения»), показав, что с возрастом кора меняется выборочно.
Стабильность «границ» между пальцами. Ученые проверяли, остаются ли прежними тонкие миелиновые полосы, разделяющие зону большого пальца от остальных, или полосы между отдельными пальцами размываются с возрастом. Для этого они сравнивали сигналы от стимуляции разных пальцев и искали переходные «границы» по миелину. Неожиданно выяснилось, что никакой заметной «размытости» границ у пожилых не происходит: полосы низкой миелинизации есть и у молодых, и у старых людей. Более того, даже у человека, родившегося без одной руки, такие границы построились как у обычных людей. Это опровергает «гипотезу разрушенных границ» – микроструктурные метки представлений пальцев остаются устойчивыми при старении.
Функциональные отклики. При сенсорной стимуляции (например, касании пальцев) наибольший сигнал МРТ наблюдался в среднем слое IV – это и ожидаемо (он «принимает» входящие сигналы). Однако у старых людей этот «пик активности» в слое IV был гораздо более ярким, чем у молодых. Это означает, что пожилые вбирают тактильные сигналы шире и сильнее. На холостом режиме (отдых) разница практически отсутствовала. Полученные данные подтверждают «гипотезу усиления входного канала»: у пожилых слой IV стал толще и эффективнее ловит сенсорные импульсы.
Миелиновая «изоляция» и торможение. Чтобы понять, почему слои изменились, ученые оценили и содержание миелина в слоях (с помощью специальных параметров qT1 и QSM в МРТ). Оказалось, что в среднем и глубоких слоях у пожилых людей возросла степень миелинизации (это снижает qT1). Мы можем представить миелин как покрытие кабеля – он ускоряет и защищает передачу нервных сигналов. Таким образом, несмотря на истончение глубоких слоев, они приобрели больше миелина. Анализ функциональных меток (ширины рецептивного поля) показал, что у стариков детали восприятия немного размылись, но чётких доказательств «ослабленного торможения» (уменьшенного интракортикального ингибирования) найти не удалось. То есть гипотеза изменения модуляции оказалась лишь частично верна: глубокие слои действительно теряют толщину, но компенсируют это усилением миелинизации, так что снижение торможения не столь очевидно.
В сумме: у пожилых людей получился своеобразный «каскад» изменений. Слои III–V истончаются, но слой IV расширяется и более миелинизирован. Фактически полагается, что при активной сенсорной жизни верхние и средние слои «сохраняются» за счёт постоянной тренировки, а глубокие слои «за ненадобностью» тонут. Это похоже на то, как хорошо обжитые этажи дома остаются крепкими, а редко посещаемый подвал затапливает.
Результаты у мышей: «баррельная корa» и компенсаторная активность
Мыши обладают «усиковой корой» («баррельной корой»), где сигналы о прикосновениях усиков обрабатываются так же, как у человека сигналы от пальцев. Авторы использовали этот аналог мышиной сенсорной системы, чтобы заглянуть «под капот» и понять, что на самом деле происходит в слоях на клеточном уровне. Крысу-трансплантировали окошко в череп, чтобы с помощью двухфотонной микроскопии наблюдать активность нейронов при стимуляции усиков (воздушные пшики по усам).
В экспериментах молодые и старые мыши показали интересные параллели с людьми. Во-первых, при стимуляции усиков у старых мышей нейроны во внешних слоях (II/III) реагировали более сильно и синхронно, чем у молодых. Иными словами, «сенсорный отклик» усилился – аналогично тому, что у людей в слое IV вырос пиковый сигнал. Во-вторых, у старых мышей оказалось больше PV-положительных нейронов (переключающих тормоз) в коре, особенно в слоях среднего и глубокого уровня. Эти клетки обычно как бы «фокусируют» или «затачивают» сигнал, предотвращая слишком сильное возбуждение соседей. По сути, увеличение числа PV-клеток у старых мышей можно считать их «ответом природы» на усиленный возбуждающий поток – по аналогии с установкой более мощных тормозов у машины, которая стала ехать быстрее.
Наконец, гистохимия показала динамику миелина у мышей: в среднем и глубоких слоях у старых мышей было больше миелиновых оболочек (выше MBP-метка), чем у молодых. Это соответствует результатам у людей. Однако у «очень старых» мышей (24+ месяцев) наблюдалось уже снижение миелина в тех же слоях, что указывает на фазу «износа» системы после компенсаторного подъёма. Между количеством PV-клеток и уровнем миелина у разных мышей обнаружена прямая связь: чем выше MBP, тем больше PV-нейронов. Это подтверждает идею, что ускользание активности с возрастом сопровождается совместным усилением «изоляции» волокон и числа ингибирующих клеток.
Выводы и значение для понимания старения мозга
Изучив и людей, и мышей, авторы провели настоящий межвидовый сравнительный анализ. Они отвергли идею того, что корковые слои стареют одинаково. Вместо этого обнаружили устойчивую закономерность: «средние» и «глубокие» слои оказались более уязвимы к старению, тогда как верхние слои относительно стабильны. А входной слой IV у пожилых фактически «расширяется» и укрепляется (больше миелина). Эта специфическая картина позволяет по-новому смотреть на изменения в мозге: вместо «просто трата серого вещества» мы видим, что мозг компенсирует потерю одних частей усилением других.
Полученные результаты подтверждают некоторые гипотезы и опровергают другие. Подавляющая «гипотеза сохранения» слоёв не выдержала проверки – разграничение по слоям ясно проявилось. Наблюдения согласуются с «гипотезой усиления входного канала»: у пожилых расширен и окутан миелином слой IV, что связано с более длительным и мощным сенсорным сигналом. Глубокие слои действительно истончаются, что соответствует «гипотезе изменения модуляции», однако снижение их регулирующей функции оказывается менее очевидным – скорее, их эффективность поддерживается за счёт увеличенного миелина и числа тормозных нейронов. Наконец, «гипотеза разрушенных границ» тоже не подтвердилась – микроструктурные разделы между областями пальцев сохраняются даже с возрастом.
Таким образом, собранные данные побуждают представить модель «стареющей сенсорной коры» (рис. 7 оригинальной статьи). По ней у стариков входной канал расширяется (layer IV шире и миелинизированнее, что даёт больший отклик на стимул), поверхностные слои сохраняются (они постоянно «заняты» повседневной сенсорной практикой), а глубокие слои истончаются, меняя модулирующую роль. Эту модель усиливает наблюдение на мышах: там видна компенсаторная реакция – больше PV-клеток и миелина в старческом возрасте, которая потом сходит на нет в очень старом возрасте.
Клинические перспективы и важность результатов
Почему это важно? Во-первых, результаты помогают понять, почему с возрастом некоторые функции сохраняются дольше, а другие падают. Например, люди часто могут продолжать выполнять привычные сенсомоторные действия (печатать на клавиатуре, шить) почти на уровне молодости, тогда как сложное разделение внимания ухудшается – и это можно связать с тем, что «входной этаж» (мыслительная работа с непосредственным сенсорным потоком) «не сдаёт позиций», а «глубинные этажи» (избирательное усиление/торможение) теряют часть прежних возможностей.
Во-вторых, послойный анализ даёт новые маркеры для болезней мозга. В болезни Альцгеймера раннее утончение коры считается признаком гибели нервных клеток. Наше исследование показывает, что при обычном старении тонут глубокие слои, а поверхностные – почти нет. Возможно, при Альцгеймере картина другая: поверхностные слои могут страдать раньше, что даст ключ для диагностики и мониторинга. В рассеянном склерозе воспаление преимущественно поражает миелин в отдельных слоях коры, а исследования показывают снижение числа PV-нейронов. Наши данные указывают, как тесно переплетаются миелин и система торможения: например, потеря миелина ведёт к снижению ингибирующих PV-клеток. Это может объяснять, почему у пациентов со склерозом часто наблюдаются специфические корковые неврологические симптомы и даже эпилептиформная активность, «пробивающаяся» из-за снижения торможения.
Кроме того, знание о слоистом старении может помочь в реабилитации. Учёные предполагают, что тренировка «активных» сенсорных контуров может поддержать их, а специальные методы (например, стимуляция определённых слоев) — укрепить то, что начинает ослабевать. Случай с человеком без руки, упомянутый в статье (у него «входной» слой был непривычно тонким) подсказывает, что стимуляция и опыт влияют на слоистую архитектонику. Это значит, что даже при потере одной функции оставшиеся контуры могут «расти» и адаптироваться.
В целом результаты дают оптимистичное сообщение: мозг сохраняет «илиструющие» (активно используемые) нейронные цепи и компенсирует упадок за счёт пластичности. Понимание этих механизмов может привести к «целенаправленным» методам диагностики и терапии возрастных нарушений. Например, точечное сканирование толщины отдельных слоев может обнаружить ранние признаки заболеваний, а вмешательства (тренировка, стимуляция, препараты) смогут быть направлены на уязвимые «глубинные» слои.
Подведем итоги: комбинируя MРТ-данные людей и опыты на мышах, учёные впервые детально описали, как «поэтажно» стареет сенсорная кора. Установлено, что средний слой IV в старости «разрастался», а глубокие слои — истончались (но компенсировались повышенным миелином и тормозными нейронами). Эти открытия расширяют наши знания о мозге, показывая, что старение – процесс селективный и пластичный, а не просто «сбоевой износ». Это новый шаг к пониманию, как поддерживать активность мозга на всю жизнь и как лечить его болезни «с учётом этажности».
Подписывайтесь на канал чтобы не пропустить новые статьи