Стареющий мозг имеет свои преимущества, наверно, это и есть мудрость

Исследователи из Медицинского центра Университета Вандербильта показали, как с возрастом меняется белое вещество, то есть пучки аксонов, которые соединяют регионы серого вещества (нейроны) головного мозга. Оказалось, что с возрастом связи в мозге в целом слабеют, но связи между регионами лобных долей усиливаются. Ученые назвали такое изменение «своего рода компенсацией». Изменение белого вещества может стать маркером развития болезни Альцгеймера и других процессов нейродеградации.

Новая работа нейробиологов неожиданно показала, что с возрастом мозг не только деградирует, — что известно давно, но некоторые его важные регионы начинают работать даже лучше: это лобные доли. Может быть, это и есть мудрость.
Примерно половина человеческого мозга состоит из серого вещества — нервных клеток, которые обрабатывают ощущения, управляют движением, речью, обучением и принятием решений. Другая часть — это белое вещество или аксоны, которые соединяют области серого вещества друг с другом и другими частями тела.

Нейробиологи нашли новый метод отображения того, как области серого вещества «общаются друг с другом» через соединения белого вещества. «Это серьезное расширение использования визуализации мозга для изучения мозговых сетей, но теперь впервые с привлечением белого вещества», — говорит соавтор работы Джон Гор.

Серое и белое

Нейроанатомия мозга с точки зрения белого вещества (внутри мозга), серого вещества (окружает поверхность коры головного мозга) и спинномозговой жидкости (пронизывает большинство структур мозга и находится внутри центральной нервной системы).
https://operativeneurosurgery.com/lib/exe/detail.php?id=white_matter&media=whitematter.png

Основной метод изучения активности мозга — это фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография). фМРТ позволяет регистрировать изменения сигналов в разных регионах мозга, в зависимости от уровня насыщения сосудов этого региона кислородом (blood oxygenation-level dependent или BOLD). В сером веществе BOLD отражает увеличение кровотока (чем больше кровоток, тем больше кислорода доставляется в регион) в ответ на повышенную активность нейронов.

Хотя BOLD-сигналы в белом веществе интерпретировать труднее, теперь становится ясно, что белое вещество — это не пассивная ткань, которая просто соединяет области серого вещества. Белое вещество «играет ключевую роль в процессах обучения», пишут ученые в своей работе. Изменения в микроструктуре белого вещества «изменяют точность передачи нервных сигналов и, следовательно, функционирование мозга».

Обычно функциональную связь между двумя областями серого вещества устанавливают регистрируя корреляцию BOLD-сигналов в обоих областях: если регионы одновременно получают много кислорода, скорее всего, они и работают одновременно над одной задачей. Теперь ученые включили еще корреляцию регионов серого вещества с белым веществом, корреляцию белого вещества с белым веществом.

Это позволило не только уточнить корреляцию регионов мозга, но и показать как меняется с возрастом характер соединений и как эти изменения влияют на работу мозга.

Стареющий мозг имеет свои преимущества

(A) Паттерн коэффициентов корреляции (СС) нормализованных 2D-графиков для нескольких репрезентативных пучков белого вещества (WM) (от 1 до 6 по оси x) и обычной карты GM-GM CC (коэффициент корреляции: серое вещество — серое вещество), карты WM-WM CC (коэффициент корреляции: белое вещество — белое вещество) и карты GM-WM CC (коэффициент корреляции: серое вещество — белое вещество) (#7, #8 и #9 по оси x) по группам: возраст 20, 30, 40, 50, 60, 70. (B) Нормализованные двумерные графики отображаются соединения в мозге (зеленые линии). Связи наиболее равномерно покрывают мозг в 30 лет. При старении связи в основном покрывают только лобные доли, но их плотность в этих регионах увеличивается с возрастом.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi0616

Используя фМРТ-изображения мозга 490 человек из общедоступных баз данных и применив многовариантные статистические методы, нейробиологи показали, как волокна белого вещества образуют множественные и сложные связи серого вещества.

«Волокна белого вещества могут переносить сигналы от нескольких потенциальных входов в разные области серого вещества», — говорит Гор. — «В то же время любая пара областей серого вещества может взаимодействовать множеством разных путей, образованных белым веществом». То есть белое вещество образует связи не по принципу точка-точка (как, например, проводные телефонные сети), а по принципу много-много (так работает, например, интернет). Это важное уточнение.

Изучая сканы мозга разных возрастных групп, исследователи обнаружили, что общая связность разных регионов мозга постепенно снижается с возрастом, но то же время увеличивается активность лобной коры, которая играет главную роль в высших когнитивных функциях. Это изменение, возможно, должно компенсировать спад, происходящий в других областях мозга, предполагают ученые.

В настоящее время группа изучает функциональные последствия сосудистых изменений в белом веществе, которые связаны с заболеваниями головного мозга, такими как болезнь Альцгеймера. По словам Гора, в будущем измерение изменений в функциональных связях между областями мозга может служить биомаркером — способом мониторинга заболеваний, влияющих на белое вещество, и реакции на лечение.