Почему GPS мозга терпит неудачу с возрастом, и как некоторые умы бросают его

Теперь исследователи в Стэнфордской медицине и их коллегах раскрывают то, что идет в старых мозгах, когда пространственная память колеблется, и можно ли предотвратить эти изменения.

В новом исследовании, сравнивающем молодых, средних и старых мышей, исследователи обнаружили, что активность в медиальной энторинальной коре-иногда сравнивая с системой глобального позиционирования мозга-становится менее стабильной и менее настроенной на окружающую среду у пожилых животных. Те, у кого наиболее нарушенная активность в этой области мозга, были наиболее запутанными в тесте пространственной памяти.

«Вы можете думать о медиальной энторинальной коре как о том, что содержит все компоненты, необходимые для создания карты пространства», – сказала Лиза Джокомо, доктор философии, профессор нейробиологии и старший автор исследования, чтобы опубликовать 3 октября в Природная связьПолем

«До этого исследования была чрезвычайно ограниченная работа над тем, что на самом деле происходит с этой системой пространственного картирования во время здорового старения».

Хотя, в среднем, пожилые мыши были заметно хуже, чем их более молодые коллеги при навигации по своей среде, между ними были широкие различия – признак того, что снижение пространственной памяти может не быть неизбежной частью развитого возраста.

Ментальные карты

Медиальная энторинальная кора является неотъемлемой частью навигационной системы мозга. Он содержит различные ячейки, которые отслеживают различную информацию, включая скорость и направление головы животного, а также размеры и границы пространства. Для нового исследования исследователи сосредоточились на так называемых сетчатых клетках, которые создают карту окружающей среды, почти как система долготы и широты.

Они изучали мышей в трех возрастных категориях: молодые мыши около 3 месяцев, мыши среднего возраста примерно 13 месяцев и старые мыши около 22 месяцев. Эти возрасты примерно коррелируют с 20-летними 20-летними, 50-летними и от 75 до 90 лет.

Исследователи записали мозговую активность слегка жаждущих мышей, когда они управляли треками виртуальной реальности в поисках скрытых наград – ликом воды. Они бегали на стационарном мяче, окруженном экранами, которые демонстрировали виртуальную среду, как беговую дорожку размером с мыши в театре IMAX размером с мыши.

Каждая мышь управляла треками сотни раз в течение шести дней. (Исследователи отметили, что мыши, естественно, являются заядлыми бегунами.)

С достаточным повторением мыши во всех возрастных группах могут изучить местоположение скрытой награды на определенной дорожке. К шествию они остановились, чтобы лизнуть в местах награды. Соответственно, клетки сетки в их медиальной энторинальной коре разработали различные схемы стрельбы для каждой дорожки, как будто создание пользовательских умственных карт.

Переключение треков

Но по более сложной задаче, в которой мыши были случайным образом чередованы между двумя разными треками, которые они уже изучили, каждая с другим местом вознаграждения, пожилые мыши были забиты – по -видимому, неспособные определить, на каком треке они находились.

«В этом случае задача была более похожа на запоминание того, где вы припарковали свой автомобиль на двух разных парковках или где ваш любимый кофеист находится в двух разных городах», – сказал Джокомо.

Не зная, где они находились, старые мыши склонны спрыгнуть остальную часть трека, не удосужившись остановиться и искать вознаграждения. Некоторые приняли другую тактику и пытались лизать повсюду.

Их сетчатые клетки отражали их путаницу. Несмотря на то, что они разработали отчетливые схемы стрельбы для каждой дорожки, их сетчатые клетки стреляли беспорядочно, когда треки чередовались.

«Их пространственный отзыв и их быстрая дискриминация этих двух сред были действительно нарушены»,-сказала Шарлотта Гербер, доктор философии, студент MD-PHD и ведущий автор исследования.

Результаты, кажется, соответствуют человеческому поведению. «Пожилые люди часто могут ориентироваться в знакомых пространствах, таких как их дом или район, в котором они всегда жили, но им действительно трудно научиться ориентироваться в новом месте, даже с опытом», – сказал Джокомо.

Напротив, как молодые, так и среднего возраста мыши понимали задание к шестому дню, и их активность клеток сетки быстро соответствовала тому, каким образом они находились.

«За несколько дней с одной по шесть у них постепенно более стабильные паттерны пространственного стрельбы, которые являются специфичными для контекста A и специфичны для контекста B», – сказал Гербер. «Ставшие мыши не могут развивать эти дискретные пространственные карты».

У мышей среднего возраста были несколько более слабые паттерны в своей мозговой активности, но они работали очень аналогично молодым мышам. «Мы думаем, что это когнитивная способность, которая, по крайней мере, до 13 месяцев у мыши, или, может быть, в возрасте от 50 до 60 лет в человеческом коллеге, вероятно, не повреждена», – сказал Гербер.

Супер-игрок

Хотя молодые мыши и среднего возраста выполняли равномерно в их возрастных группах, самый старый набор показал большую изменчивость в пространственной памяти.

Мужские мыши обычно работали лучше, чем женщины -мыши, хотя исследователи еще не знают, почему.

Один пожилой мужской мышь выделялся: она провела тест, вспоминая скрытые местоположения вознаграждения на чередующихся треках так же хорошо, как, если не лучше, чем молодых и средних лет.

«Это была самая последняя мышь, которую я записал, и, честно говоря, когда я смотрел, как она запускает эксперимент, я подумал:« О нет, эта мышь будет испортить статистику », – сказал Гербер.

Вместо этого мышь супер-игрока оказалась, чтобы подтвердить связь между активностью ячейки сетки и пространственной памятью. Его сетчатые клетки были столь же необычно бодры, как и ее поведение, четко и точно стреляя в каждой среде.

«Изменчивость в пожилой группе позволила нам установить эти коррелятивные отношения между нейронной функцией и поведением», – сказал Гербер.

Super-Ager Mouse также поощряла исследователей искать генетические различия, которые могут основываться на изменчивости старения. Они секвенировали РНК молодых и старых мышей и обнаружили 61 гены, которые были более экспрессированы у мышей с нестабильной активностью клеток сетки. Исследователи сообщили, что эти гены могут быть вовлечены либо в управление, либо компенсируют снижение пространственной памяти.

Например, ген Hplin4 способствует сети белков, которые окружают нейроны, известные как прочеловеческая сеть, которая может помочь усилить стабильность клеток сетки и защитить пространственную память у стареющих мышей.

«Точно так же, как мыши, люди также демонстрируют переменную степень старения», – сказал Гербер. «Понимание некоторой из этой изменчивости – почему некоторые люди более устойчивы к старению, а другие более уязвимы – является частью цели этой работы».

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан -Франциско внесли свой вклад в исследование.

Исследование получило финансирование от Программы обучения медицинских ученого Стэнфордского университета, Национального института старения, Национального института здоровья мозга (грант U19NS118284), Национальный институт психического здоровья (гранты MH126904 и MH130452), Национальный институт по борьбе с наркотиками (грант DA042012), Фонд Валл и Фонд Джеймс С. С. С.