Ученые обнаружили, что возрастное ухудшение памяти и других когнитивных функций может быть связано с избытком тормозных связей в префронтальной коре мозга. Эксперименты также показали, что искусственное усиление такого торможения у молодых животных вызывает те же нарушения, что и у части пожилых.
Исследование опубликовано в журнале Neurobiology of Disease. Его авторы сосредоточились на префронтальной коре — области мозга, отвечающей за сложное мышление, планирование и память и особенно уязвимой к возрастным изменениям. Ранее предполагалось, что с возрастом баланс между возбуждающими и тормозными сигналами в этой зоне нарушается, однако прямую причинную связь установить не удавалось.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи изучили поведение 43 пожилых самцов мышей и 17 молодых взрослых самцов. Животных тестировали на память, исследование новой среды и социальное поведение. Анализ позволил разделить пожилых мышей на две устойчивые группы.
В первую группу вошли 26 «когнитивно уязвимых» мышей с выраженными нарушениями памяти и исследовательского поведения, а также с повышенными признаками тревожности при сохранении нормальных социальных предпочтений. Во вторую — 17 более «устойчивых» мышей, у которых память и исследовательская активность были сравнительно сохранны, хотя наблюдались некоторые нарушения социального взаимодействия.
При изучении ткани мозга выяснилось, что у когнитивно уязвимых животных в префронтальной коре был повышен уровень двух белков, связанных с тормозными соединениями, — Gephyrin и VGAT. При этом белки, связанные с возбуждающими соединениями, не изменялись, что указывает не на общее разрушение тканей, а на избирательный сдвиг в сторону торможения.
Микроскопический анализ показал, что у этих мышей была выше именно плотность тормозных синапсов, то есть точек контакта между нейронами. Это свидетельствует о структурном и долговременном изменении нейронных цепей, а не о кратковременном колебании активности мозга.
Затем ученые проверили, может ли избыток торможения напрямую вызывать когнитивные нарушения. С помощью оптогенетики — метода, позволяющего точно включать и выключать определенные типы нейронов светом, — они активировали тормозные нейроны в префронтальной коре молодых здоровых мышей. После этого у животных появились те же проблемы с памятью, снижение исследовательской активности и тревожноподобное поведение, что и у когнитивно уязвимых пожилых мышей.
Когда такую же стимуляцию применили к пожилым мышам с уже выраженными когнитивными нарушениями, дополнительного эффекта не возникло. Это согласуется с предположением, что их тормозная система уже работала на предельном уровне.
Авторы отмечают, что результаты могут усложнить разработку методов лечения возрастного снижения когнитивных функций. В частности, при болезни Альцгеймера нередко наблюдается недостаток торможения, из-за чего нейроны становятся гиперактивными. Поэтому препараты, усиливающие тормозные процессы для лечения этого состояния, теоретически могут одновременно усугублять обычное возрастное ухудшение когнитивных функций, если оно связано с избытком тормозных связей.
Исследователи также указывают на ограничения работы. Оптогенетическое вмешательство создает острое и искусственное усиление торможения, тогда как старение сопровождается медленными и сложными изменениями во всей сети мозга. Кроме того, в исследовании использовались только самцы мышей, поэтому результаты могут не полностью распространяться на самок и людей. Часть данных о социальном поведении также оказалось сложнее интерпретировать из-за предпочтений животных к определенным зонам тестовой установки.
