Стареющий мозг имеет свои преимущества, наверно, это и есть мудрость
Примерно половина человеческого мозга состоит из серого вещества — нервных клеток, которые обрабатывают ощущения, управляют движением, речью, обучением и принятием решений. Другая часть — это белое вещество или аксоны, которые соединяют области серого вещества друг с другом и другими частями тела.
Нейробиологи нашли новый метод отображения того, как области серого вещества «общаются друг с другом» через соединения белого вещества. «Это серьезное расширение использования визуализации мозга для изучения мозговых сетей, но теперь впервые с привлечением белого вещества», — говорит соавтор работы Джон Гор.
Серое и белое
Основной метод изучения активности мозга — это фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография). фМРТ позволяет регистрировать изменения сигналов в разных регионах мозга, в зависимости от уровня насыщения сосудов этого региона кислородом (blood oxygenation-level dependent или BOLD). В сером веществе BOLD отражает увеличение кровотока (чем больше кровоток, тем больше кислорода доставляется в регион) в ответ на повышенную активность нейронов.
Хотя BOLD-сигналы в белом веществе интерпретировать труднее, теперь становится ясно, что белое вещество — это не пассивная ткань, которая просто соединяет области серого вещества. Белое вещество «играет ключевую роль в процессах обучения», пишут ученые в своей работе. Изменения в микроструктуре белого вещества «изменяют точность передачи нервных сигналов и, следовательно, функционирование мозга».
Обычно функциональную связь между двумя областями серого вещества устанавливают регистрируя корреляцию BOLD-сигналов в обоих областях: если регионы одновременно получают много кислорода, скорее всего, они и работают одновременно над одной задачей. Теперь ученые включили еще корреляцию регионов серого вещества с белым веществом, корреляцию белого вещества с белым веществом.
Это позволило не только уточнить корреляцию регионов мозга, но и показать как меняется с возрастом характер соединений и как эти изменения влияют на работу мозга.
Стареющий мозг имеет свои преимущества
Используя фМРТ-изображения мозга 490 человек из общедоступных баз данных и применив многовариантные статистические методы, нейробиологи показали, как волокна белого вещества образуют множественные и сложные связи серого вещества.
«Волокна белого вещества могут переносить сигналы от нескольких потенциальных входов в разные области серого вещества», — говорит Гор. — «В то же время любая пара областей серого вещества может взаимодействовать множеством разных путей, образованных белым веществом». То есть белое вещество образует связи не по принципу точка-точка (как, например, проводные телефонные сети), а по принципу много-много (так работает, например, интернет). Это важное уточнение.
Изучая сканы мозга разных возрастных групп, исследователи обнаружили, что общая связность разных регионов мозга постепенно снижается с возрастом, но то же время увеличивается активность лобной коры, которая играет главную роль в высших когнитивных функциях. Это изменение, возможно, должно компенсировать спад, происходящий в других областях мозга, предполагают ученые.
В настоящее время группа изучает функциональные последствия сосудистых изменений в белом веществе, которые связаны с заболеваниями головного мозга, такими как болезнь Альцгеймера. По словам Гора, в будущем измерение изменений в функциональных связях между областями мозга может служить биомаркером — способом мониторинга заболеваний, влияющих на белое вещество, и реакции на лечение.