Нейробиологи обнаружили причину возрастной потери памяти

Исследователи обнаружили, что избыток тормозных связей в префронтальной коре мозга связан с ухудшением памяти и когнитивных функций при старении. Более того, когда такой дисбаланс искусственно создавали у молодых животных, у них возникали аналогичные нарушения. Работа опубликована в журнале Neurobiology of Disease, пишет PsyPost.

Чрезмерное «торможение» в мозге

Авторы сосредоточились на префронтальной коре — области в передней части мозга, которая играет важную роль в памяти, планировании и сложном мышлении. В норме работа мозга зависит от тонкого равновесия между возбуждающими сигналами, которые активируют нейроны, и тормозными, которые снижают их активность. Ранее уже предполагалось, что с возрастом это соотношение в префронтальной коре может смещаться, однако прямых доказательств того, что именно такое изменение вызывает когнитивный спад, не хватало.

Команда под руководством Ясона Керамидиса из Университета Лаваля в Канаде решила проверить, является ли повышенная тормозная активность в префронтальной коре не просто признаком возрастных изменений, а их причиной. Для этого ученые изучили 43 пожилых самцов мышей, сопоставимых по возрасту с пожилыми людьми, а также 17 молодых взрослых самцов. Животных проверяли в серии тестов на память, исследование новой среды и социальное поведение.

С помощью статистического анализа, включавшего многократную кластеризацию и метод визуализации сходства поведенческих паттернов, исследователи выделили среди старых мышей две устойчивые группы. В первую вошли 26 «когнитивно уязвимых» животных с выраженными нарушениями памяти и исследовательского поведения, а также с более тревожным поведением, хотя социальные предпочтения у них оставались нормальными. Во вторую группу вошли 17 «устойчивых» мышей, у которых память и исследовательская активность были сохранены заметно лучше, хотя некоторые трудности в социальном взаимодействии у них все же наблюдались.

Затем ученые исследовали ткани мозга этих животных. Выяснилось, что у когнитивно уязвимых мышей в префронтальной коре были повышены уровни двух белков, связанных с тормозными синапсами, — гефирин и VGAT. При этом белки, связанные с возбуждающими соединениями, не изменялись. Это говорит о том, что речь идет не об общем разрушении нервной ткани, а о выборочном сдвиге именно в сторону торможения.

Микроскопический анализ показал еще более важную деталь: у уязвимых мышей была увеличена не просто концентрация таких белков, а сама плотность тормозных синапсов в префронтальной коре. Иначе говоря, мозговая сеть у них была перестроена структурно, а не испытывала лишь временное изменение активности.

Чтобы проверить, может ли этот избыток торможения сам по себе вызывать когнитивные нарушения, исследователи применили оптогенетику — метод, позволяющий с помощью света точно включать или выключать определенные типы нейронов. Когда ученые активировали тормозные нейроны в префронтальной коре молодых здоровых мышей, у тех быстро появились те же признаки, что и у уязвимых старых животных: ухудшение памяти, снижение исследовательской активности и тревожное поведение.

Важно, что у пожилых мышей с уже выраженными когнитивными нарушениями такая же стимуляция не вызывала дополнительного ухудшения. Это согласуется с предположением, что их тормозная система и без того работала почти на пределе.

По словам авторов, сочетание двух результатов — стойкого увеличения числа тормозных синапсов и быстрого воспроизведения симптомов с помощью оптогенетического усиления торможения — поддерживает модель, согласно которой уязвимое старение характеризуется хронически повышенной тормозной нагрузкой в цепях префронтальной коры. Этого, как показала работа, уже достаточно, чтобы запускать когнитивный дефицит.

Практическая польза

Новые данные могут изменить разработку методов лечения возрастного снижения когнитивных функций. Например, при болезни Альцгеймера в мозге нередко наблюдается противоположная проблема — слишком слабое торможение, из-за чего нейроны становятся чрезмерно активными. Если в такой ситуации пожилому пациенту назначить препарат, усиливающий торможение, это теоретически может ослабить симптомы болезни Альцгеймера, но одновременно усугубить обычное возрастное ухудшение памяти, связанное с обнаруженным в этой работе избытком тормозных сигналов.

При этом исследование имеет ограничения. Оптогенетическое вмешательство создает резкое и искусственное усиление торможения, тогда как реальное старение развивается медленно и затрагивает сложные нейронные сети по всему мозгу. Кроме того, в работе использовались только самцы мышей, поэтому результаты нельзя автоматически переносить на самок или на людей без дополнительных проверок. Некоторые данные по социальному поведению также оказалось труднее интерпретировать из-за влияния предпочтений животных к определенным зонам тестовой установки.

Исследование показывает, что возрастное снижение памяти может быть связано не просто с общим износом мозга, а с конкретным и избирательным нарушением баланса нейронных связей в одной из ключевых областей коры.