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 дают новое представление о том, как способность обрабатывать сенсорную информацию меняется с возрастом.

Толщина коры головного мозга человека составляет всего несколько миллиметров, и она образована многочисленными складками. Эта ткань обычно становится тоньше с возрастом. «Это характерный признак старения. Это объясняется, среди прочего, потерей нейронов».

«В результате некоторые способности ухудшаются. В любом случае, принято считать, что уменьшение объёма мозга означает снижение его функций», — объясняет профессор Эстер Кюн, нейробиолог из DZNE и Института клинических исследований мозга им. Херти.

«Однако мало что известно о том, как именно стареет кора головного мозга. Это примечательно, учитывая, что многие из наших повседневных действий зависят от функционирования коры. Именно поэтому мы исследовали ситуацию с помощью сканирования мозга высокого разрешения ».

Процессор для тактильного ввода
Вместе с коллегами из Тюбингена и Магдебурга Эстер Кюн сосредоточила внимание на участке 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 по направлению к каждому уху.

«Эта область мозга отвечает за восприятие собственного тела и взаимодействие с окружающей средой», — объясняет нейробиолог.

«Когда я берусь за ключ, дверную ручку или даже иду, мне постоянно нужна тактильная обратная связь для контроля своих движений. Соответствующие стимулы сходятся в этой области и обрабатываются здесь же».

Неожиданное открытие
Используя магнитно-резонансную томографию (МРТ), исследователи смогли составить карту этой области 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. Всего было обследовано около 60 женщин и мужчин в возрасте от 21 до 80 лет.

«До сих пор не считалось, что первичная соматосенсорная кора состоит из нескольких чрезвычайно тонких слоев ткани, каждый из которых имеет свою собственную архитектуру и функцию.

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. Предположительно, 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 головного мозга, но и области, расположенные выше, обладают исключительной устойчивостью к процессу старения . Различные слои были разделены на основе содержания в них миелина – вещества, необходимого для передачи нервных сигналов.

«Средний слой фактически является воротами для тактильных стимулов. В верхних слоях происходит дальнейшая обработка», — говорит Кюн.

«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».

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», — объясняет Кюн. «Например, если я ношу кольцо на пальце, в какой-то момент я перестаю его чувствовать, хотя тактильные стимулы всё ещё присутствуют. Это происходит только тогда, когда я снова осознанно замечаю кольцо».

Что используется, то и сохраняется.
«Средние и верхние слои коры головного мозга наиболее непосредственно подвержены внешним стимулам. Они постоянно активны, поскольку мы постоянно контактируем с окружающей средой», — продолжает Кюн.

« 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. Это также согласуется с нашими наблюдениями за участником исследования, которому было 52 года. Он был вынужден полагаться только на одну руку на протяжении всей своей жизни, поскольку родился с отсутствующей конечностью. Соответствующий средний слой его коры головного мозга, получающий сенсорную информацию, был сравнительно тонким».

Кроме того, различия в старении слоев мозга могут объяснить, почему некоторые способности с возрастом ухудшаются, а другие — меньше.

«Сенсомоторные навыки, которые постоянно тренируются, например, набор текста на клавиатуре, могут оставаться стабильными в течение длительного времени, даже в пожилом возрасте», — говорит Кюн.

Однако при наличии мешающих стимулов, например, шума, пожилым людям обычно особенно сложно заниматься такими делами. Это может быть связано с ухудшением работы глубоких слоёв коры головного мозга, что приводит к нарушению модуляции сенсорных стимулов.

Доказательства компенсации
Однако исследователи обнаружили доказательства того, что механизмы в глубоких слоях коры головного мозга в некоторой степени противодействуют возрастному снижению функциональности.

«Хотя глубокие слои с возрастом становятся тоньше, содержание миелина в них, как ни странно, увеличивается. Более того, мы наблюдали эти эффекты и в исследованиях на мышах, которые проводили для сравнения. Мы обнаружили, что увеличение количества миелина связано с увеличением количества определённых нейронов», — говорит Кюн.

Известно, что они оказывают положительное влияние 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. Фактически, наши данные, полученные на мышах, свидетельствуют о том, что эта компенсация исчезает в очень преклонном возрасте.

Оптимистичный взгляд на старение
«В совокупности наши результаты согласуются с общей идеей о том, что мы можем сделать что-то полезное для нашего мозга с помощью соответствующей стимуляции. Я думаю, что это оптимистичная идея, что мы можем в определённой степени влиять на процесс старения», — говорит Кюн.