Новое исследование предоставляет новые доказательства того, что снижение способности клеток мозга к изменениям, называемое «пластичностью», а не снижение общего числа клеток, может лежать в основе некоторых сенсорных и когнитивных нарушений, связанных с нормальным старением мозга.. Ученые из Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте показывают, что тормозные интернейроны в зрительной коре мышей остаются столь же многочисленными во время старения, но их ветви упрощаются, и они становятся гораздо менее структурно динамичными и гибкими.
В своих экспериментах, опубликованных онлайн в Journal of Neuroscience, они также показали, что могут восстановить значительную степень утраченной пластичности клеток, давая мышам широко используемый антидепрессант флуоксетин, также известный как прозак.
«Несмотря на распространенное мнение, потеря нейронов из-за гибели клеток весьма ограничена при нормальном старении и вряд ли может быть причиной возрастных функциональных нарушений», - пишут ученые, в том числе ведущий автор Ронен Эври и автор-корреспондент Элли Недиви. профессор биологии, мозга и когнитивных наук. «Скорее кажется, что структурные изменения в морфологии нейронов и синаптических связях являются признаками, наиболее последовательно коррелирующими с возрастом мозга, и могут рассматриваться как потенциальная физическая основа возрастного угасания».
Недиви и соавтор Марк Беар, профессор Пикауэра в институте, связаны с Инициативой по старению мозга Массачусетского технологического института, междисциплинарной попыткой понять, как старение влияет на мозг и иногда делает мозг уязвимым для болезней и упадка.
В исследовании исследователи сосредоточились на старении тормозных интернейронов, которое менее изучено, чем старение возбуждающих нейронов, но потенциально более важно для пластичности. Пластичность, в свою очередь, является ключом к обучению и памяти, а также к поддержанию остроты ощущений. В этом исследовании, хотя они сосредоточились на зрительной коре, пластичность, которую они измерили, считается важной и в других частях мозга.
Команда подсчитала и хронически отследила структуру тормозных интернейронов у десятков мышей в возрасте до 3, 6, 9, 12 и 18 месяцев (мыши становятся половозрелыми к 3 месяцам, живут около 2 лет, а 18-месячные -старые мыши уже считаются довольно старыми). В предыдущей работе лаборатория Недиви показала, что тормозные интернейроны сохраняют способность динамически реконструироваться во взрослую жизнь. Но в новой работе команда показывает, что новый рост и пластичность достигают предела и постепенно снижаются, начиная примерно с 6 месяцев.
Но исследование также показывает, что по мере старения мышей не происходит значительных изменений в количестве или разнообразии тормозных клеток в мозге.
Ретракция и негибкость с возрастом
Вместо этого команда наблюдала изменения в росте и производительности интернейронов. Например, под двухфотонным микроскопом команда отследила рост дендритов, которые представляют собой древовидные структуры, по которым нейрон получает информацию от других нейронов. В возрасте 3 месяцев у мышей наблюдался баланс роста и ретракции, соответствующий динамическому ремоделированию. Но между 3 и 18 месяцами они увидели, что дендриты прогрессивно упрощаются, демонстрируя меньше ответвлений, что позволяет предположить, что новый рост был редким, а ретракция была обычным явлением.
Кроме того, они увидели резкое падение индекса динамизма. В 3 месяца практически все интернейроны превышали критическое значение индекса 0,35, но к 6 месяцам - только половина, к 9 месяцам - почти не было, а к 18 месяцам - ни одного.
Лаборатория Медведя проверила особую форму пластичности, лежащую в основе зрительной памяти распознавания в зрительной коре, где нейроны сильнее реагируют на стимулы, которым они подвергались ранее. Их измерения показали, что у 3-месячных мышей «стимул-избирательное потенцирование ответа» (SRP) действительно было устойчивым, но его снижение шло рука об руку со снижением структурной пластичности, так что оно было значительно уменьшено к 6 месяцам и едва заметен к 9 месяцам.
Фонтан флуоксетина
Хотя снижение динамического ремоделирования и пластичности казалось естественным следствием старения, они не были неизменными, как показали исследователи. В предыдущей работе лаборатория Недиви показала, что флуоксетин способствует ремоделированию ветвей интернейронов у молодых мышей, поэтому они решили посмотреть, может ли он действовать на более старых мышей, а также восстанавливать пластичность..
Чтобы проверить это, они поместили препарат в питьевую воду мышей разного возраста на разное количество времени. Трехмесячные мыши, получавшие лечение в течение трех месяцев, показали небольшие изменения в росте дендритов по сравнению с контрольной группой, не получавшей лечения, но 25 процентов клеток шестимесячных мышей, получавших лечение в течение трех месяцев, показали значительный новый рост (в возрасте 9 месяцев). Но среди 3-месячных мышей, получавших лечение в течение шести месяцев, 67 процентов клеток продемонстрировали новый рост к 9-месячному возрасту, что свидетельствует о том, что лечение, начатое в раннем возрасте и продолжавшееся в течение шести месяцев, имело самый сильный эффект..
Исследователи также наблюдали аналогичные эффекты на SRP. Здесь также эффекты протекали параллельно снижению структурной пластичности. Лечение мышей в течение всего 3 месяцев не восстанавливало SRP, но лечение мышей в течение шести месяцев восстанавливало значительно.
«Здесь мы показываем, что флуоксетин может также улучшать возрастное снижение структурной и функциональной пластичности нейронов зрительной коры», - пишут исследователи. Они отметили, что это исследование дополняет предыдущие исследования на людях, показывающие потенциальную когнитивную пользу препарата.
Наши данные о том, что лечение флуоксетином у стареющих мышей может ослабить одновременное возрастное снижение структурной и зрительной пластичности коры головного мозга, предполагает, что это может обеспечить важный терапевтический подход к смягчению сенсорных и когнитивных нарушений, связанных со старением, при условии, что он инициируется до серьезного ухудшения состояния сети», - продолжили они.