Мозг стареет слоями: «входной» слой сенсорной коры утолщается, глубокие — истончаются

В Nature Neuroscience вышла работа о том, как старение по-разному затрагивает слои сенсорной коры у людей и мышей. У пожилых взрослых «входной» слой IV выглядит толще и более миелинизированным, тогда как глубокие слои (V–VI) становятся тоньше, несмотря на общее увеличение миелина. В тканевых и кальциевых экспериментах на мышах с возрастом усиливалась сенсорная активность нейронов и росла плотность PV-интернейронов — вероятный «компенсатор» для сохранения баланса возбуждение/торможение. Иными словами, кора стареет не равномерно, а послойно. 

Фон

• Что обычно думают о старении мозга. Часто говорят «кора с возрастом истончается» — и этим всё объясняют. Но это усреднённая картинка по всей толще коры, без учёта того, что кора — «слоёный пирог» с разными задачами у каждого слоя.
• Что оставалось непонятным. Стареет ли кора равномерно или у каждого слоя свой путь? Особенно в сенсорной коре, где четвёртый слой (слой IV) принимает входы от таламуса («входной порт»), а более глубокие слои отдают команды дальше. Ранние работы намекали на послойные сдвиги, но прямых человеческих данных высокого разрешения было мало
• Почему сейчас это стало изучать проще. Появились методы 7-Тл МРТ с послойным анализом структуры и функции, а также количественные карты миелина (qT1, QSM). Их можно сопоставлять с экспериментами на мышах — от двухфотонной «кальциевой» съёмки активности нейронов до гистологии. Такой «человек ↔ мышь» дизайн позволяет проверить, действительно ли старение идёт по слоям, а не просто «усредняется» по всей коре. 
• Подсказки из моделей. На животных с возрастом нередко видят усиление сенсорных ответов и перестройку тормозных интернейронов с белком parvalbumin (PV) — это клетки-«тормоза», которые удерживают сеть от «перевозбуждения». Если их плотность или работа меняются, сеть может компенсировать возрастные сдвиги входных сигналов.
• Зачем это важно практическим наукам. Если подтверждается, что «входной» слой и «глубокие» слои стареют по-разному (например, один утолщается и сильнее миелинизируется, а другие истончаются), то и диагностические маркёры, и мишени вмешательств стоит искать слой-специфически, а не по «средней толщине коры». Это помогает отличать нормальное старение от болезней, где страдают иные слои и механизмы. 

Что сделали

Команда из DZNE (Германия), университетов Магдебурга и Тюбингена и партнёров сравнила молодые и пожилые группы людей с помощью ультравысокопольной 7-Т МРТ: измеряли толщину слоёв, прокси миелина (qT1) и магнитную восприимчивость (QSM), а также функциональные ответы на тактильную стимуляцию пальцев. Параллельно на мышах провели двухфотонную кальциевую визуализацию в «усахатой» коре (barrel cortex) и постморемные анализы миелина. Такой «двуязычный» дизайн (человек ↔ мышь) позволил сопоставить схемы старения на уровне слоёв. 

Главные находки — простыми словами

• Слой IV (входной канал) у пожилых взрослых больше и более миелинизирован, что сопровождается растянутыми входными сенсорными сигналами. При этом глубокие слои тоньше, хотя тоже показывают признаки большей миелинизации. Обычная «средняя толщина коры» маскирует эти разнонаправленные сдвиги, поэтому слой-специфические метрики информативнее. 
• «Границы» карт пальцев (участки с низким миелином между представлениями пальцев) сохраняются с возрастом — деградации чётких границ не нашли.
• Мыши с возрастом демонстрировали более сильную сенсорную активацию нейронов и бóльшую плотность PV-интернейронов (клетки-«тормоза»), что может служить компенсацией, удерживающей сети от «раскачки». По миелину в коре у мышей наблюдалась динамика по возрасту, включая повышение в зрелом возрасте и снижение в глубокой старости (инвертированная U-кривая). 

Почему это важно

• Не всё — про «истончение». Да, кора тоньше у пожилых в среднем, но это «среднее» прячет ключевое: разные слои меняются по-разному. Для диагностики и науки точнее смотреть на профиль по слоям, а не только на общую толщину. 
• Нейробиологический смысл. Утолщение/миелинизация слоя IV и усиление PV-торможения в моделях на мышах выглядят как адаптация: входные сигналы длиннее и шире, а система добавляет «тормозов», чтобы сдержать переактивацию. Это помогает объяснить, почему у части пожилых наблюдают усиленные сенсорные ответы без явных признаков потери торможения. 
• Мост к клинике. Слой-специфические подходы могут прояснить, чем нормальное старение отличается от болезней, где страдают другие слои и механизмы — например, при Альцгеймере или рассеянном склерозе больше вовлечены иные уровни и типы миелина/интернейронов. 

Детали, на которые стоит обратить внимание

• В одном из наборов данных у людей общая толщина области кисти в S1 составляла ≈2,0 мм, и разница между возрастами была порядка –0,12 мм — но ключевое, что вклад давали именно глубокие слои, тогда как средний слой утолщался. 
• Авторы не нашли чётких признаков ослабления торможения у пожилых людей на уровне BOLD-метрик; наоборот, в мышиных записях единичных нейронов наблюдали повышенную тормозную ко-активацию и рост PV+ клеток, что консистентно с идеей компенсации. 
• В пресс-материалах исследование подают как доказательство «послойного» старения коры и того, что человеческая кора стареет медленнее, чем считалось, по крайней мере в соматосенсорной зоне — потому что часть слоёв сохраняет или даже наращивает структурные «ресурсы». 

Ограничения и следующий шаг

Работа поперечная (разные люди, а не одни и те же с течением времени) и сфокусирована на первичной соматосенсорной коре; механизм различий между видами (человек ↔ мышь) тоже требует уточнений. Впереди — продольные слой-специфические исследования, и проверка, как этот «послойный почерк» меняется при нейродегенеративных и демиелинизирующих заболеваниях.