Слои коры головного мозга стареют по-разному

Системы обработки сенсорной информации имеют слоистую архитектуру, в контурах которой разделены ввод данных, их вывод и модуляция. Для моделирования процессов, происходящих в этих системах, необходимо понимать изменения в архитектуре, специфичные для отдельных слоев, и связанные с ними фенотипы. Пока у ученых такого понимания нет. Неясно, как изменения в архитектуре коры могут способствовать специфическим функциональным и структурным изменениям, происходящим при снижении функциональности сенсорной коры. Моделью для изучения этих процессов может служить старение коры.

Исследователи из Германии и коллабораторы протестировали четыре различные гипотезы, объясняющие, как структурные и функциональные изменения в архитектуре коры характеризуют кортикальную дисфункцию. «Гипотеза сохраненного слоя» предполагает, что архитектуру слоев молодых и пожилых людей невозможно различить с помощью современных методов. Согласно «гипотезе измененного входного канала», у пожилых людей по сравнению с молодыми будет более (или менее) выраженный слой IV коры. Третья «гипотеза измененной сенсорной модуляции» предполагает, что у пожилых людей по сравнению с молодыми будет наблюдаться деградация глубоких слоев V и VI, которые модулируют интенсивность сенсорных сигналов в зависимости от контекста. У приматов глубокие слои сенсорной коры обеспечивают торможение, тогда как у пожилых людей торможение снижается. Наконец, «гипотеза деградации границ» предполагает, что границы с низким содержанием миелина в слое IV деградируют со старением коры.

Для проверки этих гипотез авторы получили данные о слоях соматосенсорной коры (СК) с помощью функциональной и структурной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) у здоровых молодых и пожилых людей. Они сосредоточились на области мозга, где обрабатываются осязательные сигналы. Также они проанализировали молодых мышей, животных постарше и старых мышей, используя in vivo двухфотонную кальциевую визуализацию и гистологический анализ.

Первая гипотеза предполагает, что архитектура структурных слоев схожа у молодых и пожилых людей. Согласно этой точке зрения, если с возрастом происходит истончение коры, то следует ожидать равномерного истончения всех слоев. Толщина анализируемой области СК в среднем составляла 2,00 ± 0,10 мм, но была тоньше у пожилых людей по сравнению с молодыми. Однако истончение коры было обусловлено уменьшением толщины глубоких слоев (слоев V и VI), тогда как средний компартмент (слой IV) был толще у пожилых людей по сравнению с молодыми.

Далее авторы разработали алгоритм автоматического определения границ, который не обнаружил существенных возрастных различий. Таким образом, авторы опровергли две гипотезы.

Но остальные две гипотезы подтвердились. Слой IV не только выглядел толще и демонстрировал более выраженные сенсорные входные сигналы у пожилых людей по сравнению с молодыми, но и характеризовался более высоким содержанием миелина. Одновременно более глубокие слои СК были тоньше у пожилых людей, функциональная пространственная избирательность снижалась, но свидетельств о снижении функционального торможения не было.

Дополнительный анализ провели на мышах. На них авторы показали, что миелинизация коры головного мозга продолжается на протяжении всей взрослой жизни и не начинает снижаться до глубокой старости.

По словам авторов, средние и верхние слои коры головного мозга непосредственно подвержены внешним стимулам. Они постоянно активны, поскольку люди всегда контактируют с окружающей средой. Нейронные цепи в глубоких слоях стимулируются в меньшей степени, особенно в пожилом возрасте, то есть мозг сохраняет то, что используется наиболее интенсивно.

Паттерны старения мозга людей различаются по самому слабому месту