Мозак стари у слојевима: „улазни“ слој сензорног кортекса се згушњава, док дубоки слојеви постају тањи.

Рад објављен у часопису Nature Neuroscience показује како старење различито утиче на слојеве сензорног кортекса код људи и мишева. Код старијих одраслих особа, „улазни“ слој IV делује дебље и мијелинизованије, док дубоки слојеви (V–VI) постају тањи, упркос укупном повећању мијелина. У експериментима са ткивом и калцијумом на мишевима, сензорна неуронска активност се повећавала са годинама, а густина PV интернеурона, вероватног „компензатора“ за одржавање равнотеже ексцитације/инхибиције, се повећавала. Другим речима, кортекс не стари равномерно, већ у слојевима.

Позадина

• Шта се обично мисли о старењу мозга. Често кажу „кортекс се тањи са годинама“ - и то објашњава све. Али ово је просечна слика за целу дебљину кортекса, без узимања у обзир да је кортекс „слојевита торта“ са различитим задацима за сваки слој.
• Оно што је остало нејасно јесте да ли кортекс стари равномерно или сваки слој има своју путању. Посебно у сензорном кортексу, где четврти слој (слој IV) прима улазне сигнале из таламуса („улазног порта“), а дубљи слојеви шаљу команде низводно. Рани радови су наговештавали промене слој по слој, али директни подаци о људима високе резолуције били су оскудни.
• Зашто је сада лакше проучавати ово. Појавиле су се 7-Т МРИ методе са анализом структуре и функције слој по слој, као и квантитативне мијелинске мапе (qT1, QSM). Могу се упоредити са експериментима на мишевима - од двофотонског „калцијумског“ снимања неуронске активности до хистологије. Овај дизајн „човек ↔ миш“ нам омогућава да проверимо да ли се старење заиста дешава у слојевима, а не једноставно „усредњава“ по целом кортексу.
• Трагови из модела. Код животиња, сензорни одговори се често повећавају са годинама, а инхибиторни интернеурони са протеином парвалбумином (ПВ) се често преспоје — то су „кочне“ ћелије које спречавају мрежу да се „преексцитује“. Ако се њихова густина или функција промене, мрежа може да компензује промене улазних сигнала повезане са старењем.

Шта су урадили?

Тим из DZNE (Немачка), универзитета у Магдебургу и Тибингену и партнера упоредио је младе и старе групе људи користећи ултра-високо поље 7-T MRI: мерили су дебљину слоја, мијелинску прокси (qT1) и магнетну сусцептибилност (QSM), као и функционалне одговоре на тактилну стимулацију прстију. Паралелно, извршено је двофотонско снимање калцијума у бачвастом кортексу мишева и спроведене су пост мортем анализе мијелина. Овај „двојезични“ дизајн (човек ↔ миш) омогућио нам је да упоредимо обрасце старења на нивоу слојева.

Главни налази - једноставним речима

• Слој IV (улазни канал) је већи и више мијелинизован код старијих особа, са продуженим сензорним улазним сигналима. Дубљи слојеви су тањи, иако такође показују знаке веће мијелинизације. Нормална „просечна дебљина кортекса“ маскира ове диференцијалне промене, тако да су метрике специфичне за слој информативније.
• „Границе“ мапа прстију (подручја са ниским мијелином између приказа прстију) су очуване са годинама — нису пронађене јасне границе у деградацији.
• Мишеви су показали већу сензорну неуронску активацију и већу густину ПВ интернеурона („кочних“ ћелија) са годинама, што може послужити као компензација да се спречи да мреже „дивљају“. Кортикални мијелин код мишева показао је динамику повезану са старењем, укључујући повећање одраслог доба и смањење старости (обрнута U-крива).

Зашто је ово важно?

• Није све у „проређивању“. Да, кортекс је тањи код старијих људи у просеку, али тај „просек“ крије кључ: различити слојеви се мењају различито. За дијагностику и науку, тачније је посматрати профил по слојевима, а не само укупну дебљину.
• Неуробиолошке импликације. Задебљање/мијелинација слоја IV и повећана инхибиција паравентрикуларних влакана изгледа да су адаптација код мишјих модела: улазни сигнали су дужи и шири, а систем додаје „кочнице“ како би обуздао прекомерну активацију. Ово помаже да се објасни зашто неке старије особе показују појачане сензорне реакције без очигледних доказа о губитку инхибиције.
• Мост ка клиники: Приступи специфични за слојеве могу расветлити како се нормално старење разликује од болести где су погођени други слојеви и механизми – на пример, код Алцхајмерове болести или мултипле склерозе, више су укључени други нивои и врсте мијелина/интернеурона.

Детаљи на које треба обратити пажњу

• У једном скупу података, људи су имали укупну дебљину шаке од ≈2,0 мм у S1, а разлика између година била је око –0,12 мм – али кључна ствар је да су дубоки слојеви допринели томе, док се средњи слој задебљао.
• Аутори нису пронашли јасне доказе о ослабљеној инхибицији код старијих особа на BOLD нивоу; уместо тога, код снимака појединачних неурона мишева, приметили су повећану инхибиторну коактивацију и повећање PV+ ћелија, што је у складу са идејом компензације.
• У материјалима за штампу, студија је представљена као доказ „слојевитог“ старења кортекса и да људски кортекс стари спорије него што се раније мислило, барем у соматосензорној зони, јер неки слојеви задржавају или чак повећавају структурне „ресурсе“.

Коментари аутора

Ево шта сами аутори истичу (на основу значења своје дискусије и закључака):

• Старење није „равномерно проређивање“, већ реструктурирање слој по слој. Виде се померања у различитим правцима: „улазни“ слој IV код старијих особа изгледа дебље и мијелинизованије, док дубоки слојеви дају главни допринос укупном проређивању кортекса. Стога, просечне метрике по целој дебљини кортекса крију кључне промене – потребно је гледати „слој по слој“.
• Сензорни улаз се растеже, мрежа се прилагођава. Дебљи/више мијелинизовани слој IV код старијих особа повезан је са дужим сензорним улазима; у моделу миша, сензорна неуронска активност је побољшана и удео PV интернеурона се повећава, што је вероватни механизам компензације за одржавање равнотеже ексцитације/инхибиције.
• Дубоки слојеви су рањиво место у старењу. Према њиховим подацима, управо дубоки слојеви објашњавају проређивање косе повезано са старењем и промене у функционалној модулацији, док средњи слојеви могу показати супротне промене. Отуда закључак: различити слојеви имају различите путање старења и не могу се свести на једну „просечну криву“.
• Импликације за клиничку праксу и методе. Аутори заговарају оптику специфичну за слојеве: такве метрике ће помоћи да се прецизније разликује нормално старење од болести (где су погођени други слојеви/механизми) и да се боље тумаче МРИ високе густине (7Т) — и структурни и функционални подаци.
• Снага рада је „мост“ између човека и миша. Комбинација 7Т магнетне резонанце код људи са снимањем калцијума и хистологијом код мишева дала је конзистентну слику у свим слојевима. Ово, према ауторима, повећава поузданост тумачења људских налаза и сугерише механизме (мијелин, PV интернеурони) који се могу даље тестирати.
• Ограничења – и где даље копати. Студија на људима је попречног пресека (нису исти учесници током времена) и фокусирана је на примарни соматосензорни кортекс; потребне су лонгитудиналне студије, друге кортикалне области и поређења са клиничким групама. Такође је важно разјаснити у којој мери се механизми 1:1 код мишева могу пренети на људе.

Укратко, њихов положај: мозак стари „слој по слој“, и то је видљиво и у структури (мијелин, дебљина) и у раду мреже; „улаз“ и „излаз“ кортекса се мењају различито, а неки од ефеката изгледају адаптивно. Ово мења приступ дијагностици и проучавању промена повезаних са старењем.

Ограничења и следећи корак

Рад је попречног пресека (различити људи, не исти током времена) и фокусира се на примарни соматосензорни кортекс; механизам разлика између врста (човек ↔ миш) такође захтева појашњење. Лонгитудиналне студије специфичне за слојеве су пред нама и тестираће се како се овај „слојевити потпис“ мења код неуродегенеративних и демијелинизирајућих болести.