Человеческий мозг стареет медленнее, чем принято считать, и послойно, по крайней мере, в области коры головного мозга, отвечающей за осязание. Исследователи из DZNE, Магдебургского университета и Института клинических исследований мозга им. Херти при Тюбингенском университете пришли к такому выводу на основе сканирования мозга молодых и пожилых людей, а также исследований на мышах. Их выводы, опубликованные в журнале «Nature Neuroscience», также проливают свет на то, как с возрастом меняется способность обрабатывать сенсорную информацию.
Толщина коры головного мозга человека составляет всего несколько миллиметров, и она образована многочисленными складками. Эта ткань обычно истончается с возрастом.
«Этот характерный признак старения объясняется, среди прочего, потерей нейронов. В результате некоторые способности ухудшаются. В любом случае, принято считать, что уменьшение объёма мозга означает снижение его функций»,
– рассказывает профессор Эстер Кюн, нейробиолог из DZNE и Института клинических исследований мозга им. Херти.
«Однако мало что известно о том, как именно стареет кора. Это примечательно, учитывая, что многие из наших повседневных действий зависят от её функционирования. Именно поэтому мы изучили ситуацию с помощью сканирования мозга высокого разрешения»
- продолжает профессор Кюн
Процессор для тактильного ввода
Вместе с коллегами из Тюбингена и Магдебурга Эстер Кюн сосредоточилась на изучении участка коры головного мозга, где обрабатываются сигналы тактильных ощущений. Эта «первичная соматосенсорная кора» расположена в левой и правой части макушки и простирается полосой шириной примерно в палец к каждому уху.
«Эта область мозга отвечает за восприятие собственного тела и взаимодействие с окружающей средой. Например, когда я беру ключ, берусь за дверную ручку или даже иду, мне постоянно нужна тактильная обратная связь для управления движениями. Соответствующие стимулы сходятся в этой области и также обрабатываются здесь»
– объясняет нейробиолог.
Неожиданное открытие
С помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) исследователи смогли картировать эту область коры головного мозга с беспрецедентной точностью. Для этого они использовали особо чувствительный сканер с магнитным полем напряжённостью семь тесла, что позволило им визуализировать мельчайшие структуры мозга размером с песчинку. В исследовании приняли участие около 60 женщин и мужчин в возрасте от 21 до 80 лет.
«Первичная соматосенсорная кора состоит из нескольких чрезвычайно тонких слоёв ткани, каждый из которых имеет свою собственную архитектуру и функцию. Теперь мы обнаружили, что эти слои стареют по-разному. Хотя кора головного мозга в целом становится тоньше, некоторые её слои остаются стабильными или, что удивительно, даже утолщаются с возрастом. Вероятно, это связано с тем, что они особенно востребованы и, следовательно, сохраняют свою функциональность. Таким образом, мы наблюдаем доказательства нейропластичности, то есть способности к адаптации, даже у пожилых людей».
Многоуровневая архитектура
Слоистая структура первичной соматосенсорной коры встречается в аналогичной форме и в других областях человеческого мозга, и даже у других организмов.
«С эволюционной точки зрения, обработка сенсорной информации таким способом, по-видимому, оказалась полезной», — говорит Кюн.
В текущем исследовании было обнаружено, что не только средний слой коры, но и вышележащие области обладают исключительной устойчивостью к старению. Различные слои различались по содержанию миелина — вещества, необходимого для передачи нервных сигналов.
«Средний слой фактически является воротами для тактильных стимулов. В вышележащих слоях происходит дальнейшая обработка. Например, при сенсорных стимулах от руки верхние слои особенно задействованы во взаимодействии между соседними пальцами. Это важно при захвате предметов. Поэтому мы также провели тесты на тактильную чувствительность и двигательную способность руки у участников нашего исследования. Кроме того, мы провели так называемую функциональную МРТ, чтобы оценить работу среднего слоя коры, куда поступают сигналы»
— говорит Кюн.
Модулированные стимулы
Возрастная дегенерация наблюдалась только в более глубоких слоях коры головного мозга: у пожилых участников исследования они были тоньше, чем у молодых. В нижних слоях коры происходит процесс, называемый модуляцией: тактильные сигналы усиливаются или ослабляются в зависимости от контекста.
«Это как-то связано с концентрацией и вниманием. Например, если я ношу кольцо на пальце, в какой-то момент я перестаю его ощущать, хотя тактильные стимулы всё ещё присутствуют. Это происходит только тогда, когда я снова осознанно замечаю кольцо»
— объясняет Кюн.
Что используется, то и сохраняется.
«Средние и верхние слои коры головного мозга наиболее непосредственно подвержены внешним стимулам. Они всë время активны, поскольку мы постоянно контактируем с окружающей средой»
— продолжает Кюн. И дополняет:
«Нейронные цепи в нижних слоях стимулируются в меньшей степени, особенно в пожилом возрасте. Поэтому я рассматриваю наши результаты как свидетельство того, что мозг сохраняет то, что используется интенсивно. Это свойство нейропластичности, что также согласуется с нашими наблюдениями за участником исследования, которому было 52 года. Он был вынужден полагаться только на одну руку всю свою жизнь, поскольку родился с отсутствующей конечностью. Соответствующий средний слой его коры головного мозга, получающий сенсорную информацию, был сравнительно тонким».
Кроме того, различия в старении слоёв мозга могут объяснить, почему одни способности ухудшаются с возрастом, а другие — меньше.
«Сенсомоторные навыки, которые регулярно тренируются, например, набор текста на клавиатуре, могут оставаться стабильными в течение длительного времени, даже в пожилом возрасте»
– говорит профессор.
Однако при наличии мешающих стимулов, например, шума, пожилым людям обычно особенно сложно заниматься такими делами, что может быть связано с ухудшением работы глубоких слоёв коры головного мозга и, соответственно, с нарушением модуляции сенсорных стимулов.
Доказательства компенсации
Исследователи обнаружили доказательства того, что механизмы в глубоких слоях коры головного мозга в некоторой степени противодействуют возрастному функциональному ухудшению.
«Хотя глубокие слои с возрастом становятся тоньше, содержание в них миелина, как ни странно, увеличивается. Более того, мы наблюдали эти эффекты и в исследованиях на мышах, которые мы проводили для сравнения. Затем мы обнаружили, что увеличение количества миелина обусловлено увеличением числа определённых нейронов»,
– говорит Кюн.
«Известно, что они положительно влияют на модуляцию нервных импульсов. Они, так сказать, обостряют сигнал. По-видимому, компенсаторные механизмы противодействуют специфической клеточной дегенерации. Что касается профилактики, было бы интересно изучить, можно ли целенаправленно стимулировать и поддерживать эти механизмы. Более того, наши данные, полученные на мышах, свидетельствуют о том, что эта компенсация исчезает в очень пожилом возрасте».
– продолжает профессор.
Оптимистичный взгляд на старение
«В совокупности наши результаты согласуются с общей идеей о том, что мы можем сделать что-то полезное для нашего мозга, если будем его правильно стимулировать. Я думаю, что это оптимистичная идея — в определённой степени влиять на процесс старения». Но, конечно, каждый должен найти свой собственный способ раскрыть этот потенциал» - заключила Эстер Кюн
N. B. Статья является переводом с дополнениями.
Ссылка на исследование: