Ученые из канадского Университета Лаваля обнаружили, что возрастное ухудшение памяти может быть связано не с гибелью нейронов, а с избыточным «торможением» мозга. Исследование, опубликованное в издании Neurobiology of Disease, показывает: в префронтальной коре у некоторых стареющих особей резко возрастает количество связей, подавляющих активность клеток. Этот дисбаланс превращается в когнитивную ловушку, мешая мозгу формировать новые воспоминания и анализировать обстановку, причем искусственное создание такого же дисбаланса у молодых животных мгновенно вызывает у них симптомы старческого слабоумия.

 

Хрупкий баланс между активностью и покоем

Нервная система работает по принципу качелей. Одни сигналы заставляют нейроны возбуждаться и передавать импульсы, другие — притормаживают этот процесс. Префронтальная кора, расположенная в передней части головы, отвечает за сложные решения, планирование и удержание информации в голове. С годами эта зона становится особенно уязвимой. Ранее специалисты лишь предполагали, что соотношение возбуждающих и тормозных импульсов в ней сдвигается, но не могли доказать, что именно этот сдвиг становится причиной проблем с интеллектом.

Команда под руководством Иасона Керамидиса решила проверить: что если мозг с возрастом начинает «тормозить» слишком сильно? Для эксперимента отобрали 43 пожилых самца мыши, чей возраст соответствует глубокой старости у людей, и 17 молодых взрослых особей. Животных проверили на серии тестов: насколько хорошо они запоминают лабиринты, как реагируют на новые предметы и как взаимодействуют с сородичами.

 

Две группы стареющих животных

Используя сложные методы статистического анализа, биологи разделили пожилых мышей на две четкие категории. Оказалось, что старение протекает по-разному, и этот факт стал ключом к пониманию механизма потери памяти.

• Первая категория получила название «когнитивно уязвимые» — 26 особей. Эти животные плохо справлялись с тестами на память и исследование пространства, проявляли признаки повышенной тревожности, хотя их социальные инстинкты оставались в норме.
• Вторая группа — «стойкие» — состояла из 17 мышей. У них память и любопытство сохранились на уровне молодых, несмотря на возраст, хотя в общении с другими мышами наблюдались небольшие сложности.

Когда исследователи изучили ткани мозга этих двух групп, различия поразили их. У «уязвимых» мышей в префронтальной коре обнаружилось аномально высокое содержание специфических белков. Эти белки служат маркерами тормозных синапсов — мест, где нейроны соединяются, чтобы подавить активность друг друга. При этом уровень белков, отвечающих за возбуждение, не изменился. Это означало, что дело не в общем увядании органа, а в конкретной структурной перестройке.

 

Анатомия лишнего торможения

Детальная микроскопия показала, что у мышей с плохой памятью плотность тормозных синапсов физически выше. Дело не в том, что старые белки просто скопились в одном месте — в мозге появилось больше самих точек соединения. Это фундаментальное изменение архитектуры нейронных сетей, говорящее о том, что орган стал работать в режиме постоянного самоограничения.

Чтобы окончательно убедиться в причинно-следственной связи, ученые применили оптогенетику. Этот метод позволяет включать и выключать клетки с помощью света.

1. Сначала исследователи воздействовали на префронтальную кору молодых и здоровых мышей, активируя именно тормозные нейроны.
2. Сразу после этого животные начали демонстрировать те же самые дефекты памяти, потерю интереса к новизне и тревожность, что и старые «уязвимые» мыши.
3. Затем ту же процедуру провели на пожилых мышах с уже имеющимися проблемами. Дополнительная стимуляция торможения никак не изменила их состояние — они уже находились на пределе своих возможностей.

Этот эксперимент доказал: избыток торможения не просто сопутствует старению, он является его движущей силой. Мозг словно блокирует сам себя, не давая нейронам достаточно активно взаимодействовать для формирования мыслей.

Как отмечают сами авторы работы, совокупность данных указывает на то, что уязвимость к старению характеризуется хронически высокой интенсивностью тормозных синапсов в цепях префронтальной коры, чего достаточно для развития когнитивных дефицитов.

 

Риски для будущих лекарств

Открытие ставит под вопрос некоторые подходы к лечению нейродегенеративных заболеваний. Обычно при болезни Альцгеймера врачи сталкиваются с обратной проблемой: мозг слишком возбужден, нейроны работают на износ, и пациентам прописывают препараты для усиления торможения. Однако новые данные говорят, что у пожилого человека может параллельно развиваться возрастное «перетормаживание», описанное в этом исследовании.

Если дать пожилому пациенту лекарство, усиливающее ингибирующие связи, можно не заметить, как лечение усугубит естественный процесс старения. Вместо помощи лекарство может дополнительно «выключить» остатки ясного мышления. Врачам придется тщательно разделять пациентов, у которых проблема в гиперактивности, и тех, чей мозг пострадал от избытка тормозов.

 

Нюансы исследования и пола

У работы есть свои ограничения, о которых честно сообщают ученые. Во-первых, метод оптогенетики создает мгновенный и искусственный эффект, в то время как настоящее старение — это медленный и сложный процесс, затрагивающий всю нервную систему. Во-вторых, в эксперименте участвовали только самцы. Из-за влияния половых гормонов на пластичность мозга результаты могут отличаться у самок. Кроме того, некоторые тесты на социальное поведение оказались искажены тем, что мыши просто предпочитали находиться в определенных углах лабораторной установки, что затруднило чистоту интерпретации.

Работа показала, что потеря памяти в старости — это не всегда фатальный износ деталей, а иногда ошибка настройки системы безопасности, которая начинает блокировать работу всего организма ради мнимой стабильности. Изучение того, как снизить избыточную плотность тормозных синапсов без вреда для других функций, может стать новым направлением в геронтологии. Научившись аккуратно «ослаблять тормоза» именно в префронтальной коре, медики получат шанс вернуть ясность ума тем, кто уже начал ощущать последствия возрастных изменений.