Чрезмерное торможение в головном мозге может привести к возрастной потере памяти

Фото из открытых источников

Новое исследование, опубликованное в журнале Neurobiology of Disease, показало, что избыток тормозных связей в ключевой области мозга связан с ухудшением памяти и когнитивных функций в процессе старения, и что искусственное воссоздание этого дисбаланса у молодых животных приводит к тем же нарушениям.

Мозг функционирует благодаря тщательно сбалансированному сочетанию двух противоположных сил: возбуждающих сигналов, активирующих нейроны (клетки мозга), и тормозящих сигналов, подавляющих их активность. Префронтальная кора — область в передней части мозга, отвечающая за сложное мышление, планирование и память, — известна своей уязвимостью к последствиям старения. Предыдущие исследования предполагали, что соотношение тормозящей и возбуждающей активности в этой области может нарушаться с возрастом, но прямая причинно-следственная связь оставалась неуловимой.

Учитывая это, исследователи поставили перед собой задачу определить, связана ли чрезмерная тормозная активность в префронтальной коре головного мозга не только с когнитивным снижением в процессе старения, но и является ли она его причиной.

Под руководством Ясона Керамидиса из Университета Лаваля в Канаде команда протестировала 43 старых самца мышей (примерно эквивалентных пожилым людям) и 17 молодых взрослых самцов мышей, выполнив ряд когнитивных задач, оценивающих память, исследование новой среды и социальное поведение.

Используя сложный статистический подход, сочетающий многократный анализ кластеризации с методом визуализации сходства в поведенческих моделях, исследователи смогли выявить две стабильные подгруппы среди старых животных. Первая группа состояла из 26 мышей с «когнитивной предрасположенностью», демонстрирующих выраженные нарушения памяти и исследовательской активности (а также повышенное тревожное поведение), при этом сохраняющих нормальные социальные предпочтения. Вторая группа состояла из 17 мышей с «устойчивой» предрасположенностью, имеющих сравнительно сохранную память и исследовательскую активность, хотя и демонстрирующих некоторые нарушения в социальном взаимодействии.

При исследовании мозговой ткани каждой группы исследователи обнаружили, что у восприимчивых мышей наблюдался более высокий уровень двух белков, связанных с тормозными связями — гефирина и VGAT — именно в префронтальной коре. Важно отметить, что уровни белков, связанных с возбуждающими связями, оставались неизменными, что позволяет предположить, что изменение носило избирательный характер, а не являлось признаком общего ухудшения состояния.

Дальнейшая микроскопическая визуализация показала, что у восприимчивых мышей на самом деле наблюдалась более высокая плотность ингибиторных синапсов (точек соединения) в префронтальной коре, а не просто большее количество белка, упакованного в существующие синапсы. Это указывало на структурные, долговременные изменения в нейронных сетях головного мозга, а не на временное колебание мозговой активности.

Чтобы проверить, может ли это избыточное торможение напрямую вызывать когнитивные проблемы, исследователи использовали метод оптогенетики, который использует свет для точного включения или выключения определенных типов нейронов. Когда они активировали тормозные нейроны в префронтальной коре молодых здоровых мышей, у этих животных быстро проявились те же нарушения памяти, снижение исследовательской активности и тревожное поведение, что и у восприимчивых старых мышей. Важно отметить, что когда та же стимуляция была применена к старым мышам с когнитивными нарушениями, это не вызвало дополнительного эффекта — что согласуется с предположением о том, что тормозная система у этих животных уже работала на пределе своих возможностей.

Как отмечают авторы, это «совпадение устойчивого структурного увеличения числа тормозных синапсов и острого оптогенетического повышения тормозного тонуса подтверждает модель, в которой предрасположенность к старению характеризуется хронически повышенной тормозной синаптической нагрузкой в префронтальных цепях, чего достаточно для возникновения когнитивных нарушений».

Исследователи подчеркивают, что эти результаты могут осложнить будущие методы лечения возрастного снижения когнитивных функций. Например, при болезни Альцгеймера мозг часто страдает от «слишком слабого» торможения, что приводит к гиперактивности клеток мозга. Если врачи назначат пожилому пациенту препарат, предназначенный для усиления торможения, для лечения болезни Альцгеймера, это может случайно усугубить нормальное, возрастное снижение когнитивных функций, вызванное чрезмерным торможением, обнаруженным в этом исследовании.

Исследование имеет свои ограничения. Например, оптогенетическая манипуляция вызывает резкое, искусственное усиление торможения, тогда как реальное старение включает медленные, сложные изменения во всей сети головного мозга. Кроме того, в исследовании использовались исключительно самцы мышей, а это значит, что результаты могут не в полной мере применяться к самкам мышей (или людям) из-за различного влияния гормонов на пластичность мозга. Также некоторые результаты, касающиеся социального поведения, были осложнены предпочтениями в расположении объектов в тестовом устройстве, что затрудняет однозначную интерпретацию этих конкретных результатов.