» » Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие


Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Рис. 1. У двух признаков, выявленных при анализе изображений мозга испытуемых, была обнаружена явная зависимость от возраста. Первый признак — это общий объем серого вещества, который с возрастом в среднем убывал (слева). Второй — объем сети определенных структур мозга, которая развивалась позже и начинала деградировать раньше прочих (справа). Развитие этой сети описывалось симметричной кривой с пиком около 40 лет. Графики из обсуждаемой статьи в PNAS


Давно существует красивая теория о том, что старение представляет собой зеркальное отражение процессов развития. Ученые из Норвегии сравнили изображения мозга 484 испытуемых разного возраста — от 8 до 85 лет. Им удалось выявить сеть структур мозга, отвечающих за интеллектуальные способности и эпизодическую память, которая действительно изменяется с возрастом зеркально: позже других областей достигает пика развития (к сорока годам) и начинает деградировать раньше других. Интересно, что структуры этой сети в наибольшей степени подвержены нарушениям при таких умственных расстройствах, как болезнь Альцгеймера и шизофрения.

Чтобы понять, состояние каких структур мозга связано с возрастом, нужно собрать как можно больше структурных изображений мозга людей разных возрастов. Норвежские исследователи делали снимки мозга с помощью магнитно-резонансной томографии, которая позволяет увидеть области серого вещества (тела нейронов). В исследовании принимали участие 484 испытуемых в возрасте от 8 до 85 лет. Для анализа полученного массива изображений использовался метод независимых компонент (см. Independent component analysis), который позволяет представить исходные данные как набор признаков, которые в наибольшей степени различаются у разных испытуемых.

Автоматически выявленные признаки не обязательно имеют какую-то очевидную интерпретацию, и задача исследователей — понять, для каких признаков такие интерпретации возможны. Поскольку в данном исследовании ученых интересовали изменения, связанные с возрастом, они искали связь автоматически найденных признаков с возрастом испытуемых. Оказалось, что лишь два признака имеют явно выраженную зависимость от возраста. Первый — общий объем серого вещества, который монотонно уменьшался с возрастом, его изменчивость зависела от возраста на 90%. Второй — объем некой сети структур мозга, который изменялся более интересным образом: график имел форму перевернутой буквы U. Структуры этой сети развиваются относительно поздно и начинают деградировать быстрее прочих компонентов мозга (рис. 1).

Из каких структур состоит обнаруженная сеть, развивающаяся во времени «зеркально»? В нее входят области коры головного мозга, занимающиеся высокоуровневой обработкой информации — то есть не ограничивающиеся информацией лишь одной модальности, например зрительной или слуховой. Поэтому такие структуры называются гетеромодальными. К ним относятся нижневисочная кора, нижнетеменная кора и префронтальная кора (в сеть входили не все эти области, а только определенные их части). Кроме того, в сеть были включены некоторые лимбические и паралимбические структуры — в частности, задняя поясная кора, по-видимому связанная с формированием «модели себя» (показано, что эта область активируется, когда человек думает о себе, и отключается во время медитации (см. K. A. Garrison et al., 2013. Effortless awareness: using real time neurofeedback to investigate correlates of posterior cingulate cortex activity in meditators' self-report), а также медиальная височная доля, роль которой связывают с формированием мотиваций и эмоций, а также самоконтролем. Какие именно регионы входили в обнаруженную сеть, можно увидеть на рис. 2 (средний ряд, выделены оранжевым цветом).


Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Рис. 2. Сравнение структур сети, развивающейся с возрастом «зеркально» (выделены оранжевым), а также областей, в наибольшей степени подверженных деградации при болезни Альцгеймера (выделены синим), и областей, для которых характерны самые сильные нарушения развития при подростковой шизофрении (выделены зеленым). Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в PNAS


Интересно, что структуры обнаруженной сети оказались сходными с участками, наиболее подверженными болезням мозга, которые связывают с нарушением развития (подростковая шизофрения) и нарушением нормального старения (болезнь Альцгеймера). Они также показаны на рис. 2. Получается, что для обнаруженной сети выявляется интересная связь процессов развития и старения: ее структуры наиболее подвержены нарушениям при патологиях как развития, так и старения мозга. Интересно, что выявить такую подверженную заболеваниям мозга сеть структур удалось по данным здоровых испытуемых.

Развитие обнаруженной сети во времени немного различалось у женщин и у мужчин: у женщин пик был более выраженным и появлялся в несколько более позднем возрасте (41 год у женщин и 39 лет у мужчин; рис. 3). Причем симптомы шизофрении и болезни Альцгеймера у женщин также проявляются в среднем несколько позже, чем у мужчин, что косвенно может подтвердить связь функционирования выявленной сети с процессами развития и старения.


Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Обнаружена сеть структур мозга, старение которой зеркально отражает ее развитие

Рис. 3. Сравнение развития структур сети, меняющейся с возрастом «зеркально», у женщин (график слева) и мужчин (график в центре). На рисунке справа графики совмещены для удобства сопоставления. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в PNAS


Структуры сети были связаны с интеллектуальными способностями и эпизодической памятью. Так, уровень развития сети у испытуемых хорошо коррелировал с показателями тестов на подвижный интеллект (способность решать задачи независимо от предыдущего опыта) и теста на запоминание слов (California Verbal Learning Test). Баллы за тест на кристаллизовавшийся интеллект (способность использовать имеющиеся знания и навыки) хорошо коррелировали с развитием сети только у испытуемых до сорокалетнего возраста (то есть до достижения пика развития сети), а потом выходили на практически постоянный уровень.

К сожалению, метод магнитно-резонансной томографии, использованный в работе, не позволяет определить, какие именно клеточные процессы ответственны за макроскопические изменения, пик которых достигается к 40 годам. Найти механизмы, которые, возможно, связывают процессы развития и старения мозга, еще только предстоит.

Выявленная сеть структур в мозге, таким образом, связана с когнитивными функциями, нарушения которых являются симптомом патологий нормальных процессов развития и старения. Патологические процессы, характерные для подростковой шизофрении и болезни Альцгеймера, проявляются во время развития или старения мозга. Возможно, именно в эти периоды легче всего повлиять на выявленную систему структур мозга, состояние которой в наибольшей степени зависит от возраста и в которой процессы развития и старения отражают друг друга.

Источник: G. Douaud et al. A common brain network links development, aging, and vulnerability to disease // PNAS. December 9, 2014. V. 111. № 49. P. 17648–17653. Doi:10.1073/pnas.1410378111.

Юлия Кондратенко


28 сентябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Согласованная активность в мозге взаимодействующих людей свидетельствует о взаимопонимании

Ученые из Нидерландов обнаружили, что при установлении взаимопонимания между двумя людьми согласовываются активности определенных участков правых височных долей их головного мозга. Активность в этих

Человеческий генный регулятор ускорил развитие мышиного мозга

Американские ученые работали с трансгенными мышами, у которых был заменен собственный генный локус, участвующий в нейрогенезе, на шимпанзиный и человеческий варианты. У эмбрионов мышей с вариантом

Язык предпочитает одни слоги другим не только из-за удобства произношения

В языке существуют универсальные иерархии слогов по их встречаемости (предпочтительности). Например, в самых разных языках слог blog встречается чаще, чем lbog. Ученые попытались разобраться, есть ли

Социальность у ос способствует уменьшению мозга

Принято считать, что социальность ведет к увеличению размеров мозга у общественных животных. Однако ученые из Филадельфии, изучившие анатомию мозга в разнообразном семействе настоящих ос (Vespidae),

Антитела к тау-белку смягчают последствия черепно-мозговых травм

Ученые получили антитела, с помощью которых можно бороться с энцефалопатией — заболеванием, возникающим на фоне тяжелых черепно-мозговых травм, при котором в мозге накапливаются бляшки из тау-белка,

Швейцарские учёные выяснили, почему люди видят призраков (+ВИДЕО)

Швейцарским учёным удалось выяснить, какая именно часть мозга создает ощущение присутствия зловещих призраков. В ходе экспериментов было установлено, что подобное ощущение возникает в экстремальных
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Эффективна ли саентология?«Заливы Каролины»Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыСветодиодные светильники для наружного освещенияРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаПочему мы стареем? Новая теория ученыхNASA получило новые снимки Большого красного пятна Юпитера