В сфере воспоминаний особое значение имеет «где». Где я оставил свои ключи? Где я ужинал вчера вечером? Где я впервые встретил этого друга? Воспоминания о местах необходимы в повседневной жизни, однако пространственная память, которая отвечает за «где», — одна из первых когнитивных способностей, которая ослабевает в пожилом возрасте. А её нарушения в более раннем возрасте могут быть явным признаком деменции.
Теперь исследователи из Стэнфордского медицинского центра и их коллеги пытаются выяснить, что происходит в стареющем мозге, когда нарушается пространственная память, и можно ли предотвратить эти изменения.
В ходе нового исследования, в котором сравнивались молодые, зрелые и старые мыши, учёные обнаружили, что активность медиальной энторинальной коры, которую иногда сравнивают с системой глобального позиционирования в мозге, у пожилых животных становится менее стабильной и менее адаптированной к окружающей среде. Мыши с наиболее нарушенной активностью в этой области мозга хуже всего справлялись с тестом на пространственную память.
«Можно представить, что медиальная энторинальная кора содержит все компоненты, необходимые для построения карты пространства», — говорит Лиза Джиокомо, доктор философии, профессор нейробиологии и старший автор исследования, которое будет опубликовано 3 октября в Nature Communications.
До этого исследования было крайне мало работ, посвящённых тому, что на самом деле происходит с этой системой пространственного картирования в процессе здорового старения.
Лиза Джиокомо, доктор философии, профессор нейробиологии Стэнфордского медицинского центра
Хотя в среднем пожилые мыши хуже ориентировались в пространстве, чем их более молодые сородичи, между ними наблюдались значительные различия. Это говорит о том, что ухудшение пространственной памяти не является неизбежным следствием старения.
Ментальные карты
Медиальная энторинальная кора является важной частью навигационной системы мозга. Она содержит множество клеток, которые отслеживают различную информацию, в том числе скорость движения животного и направление его взгляда, а также размеры и границы пространства. В новом исследовании учёные сосредоточились на так называемых решётчатых клетках, которые создают карту окружающей среды, почти как система долготы и широты.
Они изучали мышей трёх возрастных категорий: молодых мышей в возрасте примерно 3 месяцев, мышей среднего возраста в возрасте примерно 13 месяцев и старых мышей в возрасте примерно 22 месяцев. Эти возрастные категории примерно соответствуют возрасту 20-летних, 50-летних и 75–90-летних людей.
Исследователи записывали мозговую активность мышей, которые испытывали лёгкую жажду, пока те бегали по дорожкам виртуальной реальности в поисках спрятанного вознаграждения — капли воды. Они бегали по неподвижному шару, окружённому экранами, на которых отображалась виртуальная среда, похожая на беговую дорожку для мышей в кинотеатре Imax для мышей.
Каждая мышь пробежала по дорожкам сотни раз за шесть дней. (Исследователи отметили, что мыши от природы очень любят бегать.)
При достаточном количестве повторений мыши всех возрастных групп могли запомнить расположение спрятанного вознаграждения на определённом маршруте. К шестому дню они останавливались только для того, чтобы слизать вознаграждение. Соответственно, клетки решётки в их медиальной энторинальной коре вырабатывали уникальные паттерны возбуждения для каждого маршрута, как будто создавая собственные ментальные карты.
Переключение треков
Но в более сложной задаче, в которой мышей случайным образом переводили с одного уже изученного ими маршрута на другой, где вознаграждение находилось в другом месте, пожилые мыши зашли в тупик — казалось, они не могли определить, на каком маршруте находятся.
«В данном случае задача была больше похожа на запоминание того, где вы припарковали свою машину на двух разных парковках или где находится ваша любимая кофейня в двух разных городах», — сказал Джиокомо.
Не понимая, где они находятся, старые мыши бежали до конца дорожки, не останавливаясь и не пытаясь найти награду. Некоторые выбрали другую тактику и пытались лизать всё подряд.
Их сеточные ячейки отражали их замешательство. Несмотря на то, что для каждого трека были разработаны отдельные схемы стрельбы, их сеточные ячейки срабатывали хаотично, когда треки чередовались.
«У них действительно были проблемы с пространственным восприятием и быстрой дифференциацией этих двух сред», — говорит Шарлотта Гербер, доктор философии, аспирантка и ведущий автор исследования.
Полученные результаты, по-видимому, согласуются с особенностями человеческого поведения. «Пожилые люди часто могут ориентироваться в знакомых местах, например в своём доме или районе, где они всегда жили, но им очень трудно научиться ориентироваться в новом месте, даже если у них есть опыт», — говорит Джиокомо.
В отличие от них, молодые мыши и мыши среднего возраста понимали задачу уже на шестой день, и активность их клеток решётки быстро соответствовала тому, на каком пути они находились.
«С первого по шестой день у них постепенно формировались более стабильные пространственные паттерны возбуждения, характерные для контекста А и контекста Б, — сказал Гербер. — У старых мышей не получалось создать эти дискретные пространственные карты».
У мышей среднего возраста мозговая активность была несколько слабее, но они справлялись с заданиями так же хорошо, как и молодые мыши. «Мы считаем, что эта когнитивная способность сохраняется как минимум до 13 месяцев у мышей или, возможно, до 50–60 лет у людей», — сказал Хербер.
Супер-эйджер
Хотя молодые мыши и мыши среднего возраста показали одинаковые результаты в своих возрастных группах, у самых старых мышей наблюдались более значительные различия в пространственной памяти.
Самцы мышей в целом показали лучшие результаты, чем самки, хотя исследователи пока не знают почему.
Один пожилой самец мыши выделялся на фоне остальных: он блестяще справился с заданием, запомнив расположение скрытых наград на чередующихся дорожках не хуже, а то и лучше, чем молодые мыши и мыши среднего возраста.
«Это была самая последняя мышь, которую я записал на видео, и, честно говоря, когда я смотрел, как она проводит эксперимент, я подумал: „О нет, эта мышь испортит статистику“», — сказал Гербер.
Вместо этого сверхдолгоживущая мышь подтвердила связь между активностью решёточных нейронов и пространственной памятью. Её решёточные нейроны были такими же необычно активными, как и её поведение, и чётко и точно реагировали на каждую среду.
«Различия в возрастной группе позволили нам установить корреляцию между нейронной функцией и поведением», — сказал Гербер.
Мышь-долгожитель также подтолкнула исследователей к поиску генетических различий, которые могут лежать в основе вариативности старения. Они секвенировали РНК молодых и старых мышей и обнаружили 61 ген, который был более активен у мышей с нестабильной активностью клеток решётки. По словам исследователей, эти гены могут быть задействованы в процессах, которые приводят к ухудшению пространственной памяти или компенсируют его.
Например, ген Haplin4 участвует в формировании сети белков, окружающих нейроны, известной как перинейрональная сеть. Эта сеть может способствовать стабильности клеток решётки и защищать пространственную память у стареющих мышей.
«Как и у мышей, у людей наблюдается разная степень старения, — сказал Гербер. — Понимание некоторых аспектов этой изменчивости — почему одни люди более устойчивы к старению, а другие более уязвимы — является частью нашей работы».
В исследовании приняли участие учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Источник:
Ссылка на журнал:
Гербер, К. С., и др. (2025) Нарушение пространственного кодирования и нестабильность сети в стареющей медиальной энторинальной коре. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-025-63229-0.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся