Hur hjärnans GPS-system vacklar med åldern
Hur hjärnans GPS-system vacklar med åldern
När det gäller minnen har "var" särskild betydelse. Var lämnade jag mina nycklar? Var åt jag middag i går kväll? Var träffade jag den där vännen först? Att minnas platser är nödvändigt för det dagliga livet, men det är spatialminnet - som håller reda på "var" - är en av de första kognitiva förmågorna som avtar i ålderdomen. Och brister tidigare i livet kan vara ett tydligt tecken på demens.
Nu har forskare vid Stanford University Medicine och deras kollegor upptäckt vad som går fel i äldre hjärnor när spatialminnet vacklar och om dessa förändringar kan förhindras.
I en ny studie som jämförde unga, medelålders och gamla möss fann forskarna att aktiviteten i den mediala entorhinala cortexen - ibland liknad vid hjärnans GPS - blir mindre stabil och mindre anpassad till miljön hos äldre djur. De med mest nedsatt aktivitet i denna hjärnregion var mest förvirrade på ett spatialminnestest.
"Man kan tänka sig den mediala entorhinala cortex som att den innehåller alla komponenter man behöver för att bygga en karta över rymden", säger Lisa Giocomo, PhD, professor i neurobiologi och seniorförfattare till studien som publicerades 3 oktober i Nature Communications.
"Före denna studie fanns det extremt begränsat arbete om vad som faktiskt händer med detta rumsliga kartläggningssystem under hälsosamt åldrande."
Även om äldre möss i genomsnitt var märkbart sämre än sina yngre motsvarigheter på att navigera i sina omgivningar, fanns det stor variation mellan dem - ett tecken på att nedgången i det rumsliga minnet kanske inte är en oundviklig del av hög ålder.
Den mediala entorhinala cortex är en viktig del av hjärnans navigationssystem. Den innehåller en mängd olika celler som spårar olika information, inklusive djurets hastighet och huvudriktning, samt dimensioner och gränser för ett rum. för den nya studien fokuserade forskarna på så kallade rutnätsceller, som skapar en karta över miljön, nästan som ett longitud- och latitudsystem.
De studerade möss i tre åldersgrupper: unga möss ungefär 3 månader gamla, medelålders möss ungefär 13 månader gamla och gamla möss ungefär 22 månader gamla. Dessa åldrar korrelerar ungefär med mänskliga 20-åringar, 50-åringar och 75-till 90-åringar.
Forskarna registrerade hjärnaktiviteten hos lätt törstiga möss när de sprang virtuella verklighetsbanor i jakt på dolda belöningar - en liten klunk vatten. De sprang på en stationär boll omgiven av skärmar som visade den virtuella miljlön, som ett löpband i musstorlek i en Imax-biograf anpassad för möss.
Varje mus sprang banorna hundratals gånger under sex dagar. (Möss är naturligt ivriga löpare, noterade forskarna.)
Med tillräckligt med repetition kunde möss i alla åldersgrupper lära sig platsen för en dold belöning på en viss bana. Vid dag sex stannade de bara för att slicka på belöningsplatserna. Följaktligen utvecklade rutnätscellerna i deras mediala entorhinala cortex distinkta skjutmönster för varje bana, som om de byggde anpassade mentala kartor.
Men i en mer utmanande uppgift där mössen slumpmässigt växlades mellan två olika banor som de redan lärt sig, var och en med en annan belöningsplats, blev de äldre mössen hindrade - till synes oförmögna att avgöra vilket spår de befann sig på.
"I det här fallet var uppgiften lik den att komma ihåg var man parkerade sin bil på. två olika parkeringsplatser eller var ens favoritkafé ligger i två olika städer", sa Giocomo.
Osäkra på var de befann sig tenderade de gamla mössen att spurta resten av banan utan att bry sig om att stanna och leta efter belöningar. Några tog en annan taktik och försökte slicka överallt.
Deras rutnätsceller återspeglade deras förvirring. Trots att de hade utvecklat distinkta avfyrningsmönster för varje spår, avfyrades deras rutnätsceller oregelbundet när banorna växlades.
"Deras rumsliga återkallelse och deras snabba urskiljning av dessa två miljöer var verkligen försämrad", sa Charlotte Herber, PhD, en MD-PhD-student och huvudförfattare till studien.
Resultaten verkade överensstämma med mänskligt beteende. "Äldre människor kan ofta navigera i bekanta utrymmen, som sitt hem eller det område de alltid bott i, men det är verkligen svårt för dem att lära sig navigera på en ny plats, även med erfarenhet", sa Giocomo.
Däremot förstod både unga och medelålders möss uppgiften vid dag sex, och deras aktivitet i rutnätscellerna matchade snabbt vilket spår de än befann sig på.
"Under dag ett till sex har de successivt mer stabila rumsliga avfyrningsmönster som är specifika för kontext A och specifika för kontext B", sa Herber. "De äldre mössen misslyckades med att utveckla dessa diskreta rumsliga kartor."
De medelålders mössen hade något svagare mönster i sin hjärnaktivitet, men de presterade mycket lika de unga mössen. "Vi tror att detta är en kognitiv förmåga som åtminstone fram till 13 månaders ålder hos en mus, eller kanske 50 till 6att 0 år hos en mänsklig motsvarighet, förmodligen är intakt", sa Herber.
Även om unga och medelålders möss presterade jämnt inom sina åldersgrupper, uppvisade den äldsta gruppen större variation i spatialt minne.
Hanmöss presterade generellt bättre än honmöss, även om forskarna ännu inte vet varför.
En äldre hanmus utmärkte sig: den klarade testet utmärkt och kom ihåg de dolde belöningspunkterna på alternerande banor lika bra som, om inte bättre än, de unga och medelålders mössen.
"Det var den allra sista musen jag registrerade och ärligt talat, när jag tittade på den när den körde experimentet tänkte jag: Åh nej, den här musen kommer förstöra statistiken", sa Herber.
Istället visade sig den åldrade supermusen bekräfta sambandet mellan aktivitet i rutnätsceller och spatialt minne. Dess rutnätsceller var lika ovanligt livliga som dess beteende och sköt tydligt och exakt i varje miljö.
"Variabiliteten i den åldrande gruppen gjorde det möjligt för oss att fastställa dessa korrelativa samband mellan neural funktion och beteende", sa Herber.
Den åldrade supermusen uppmuntrade också forskarna att leta efter genetiska skillnader som kan ligga bakom variationen i åldrande. De sekvenserade RNA från unga och gamla möss och fann 6q gener som uttrycktes mer hos möss med instabil aktivitet i rutnätscellerna.
Dessa gener skulle kunna vara involverade i att antingen driva eller kompensera för nedgången i spatialminnet, sa forskarna.
Genen Haplin4 bidrar till exempel till nätverket av proteiner som omger neuroner, känt som det perineuronala nätet, vilket skulle kunna bidra till att stärka stabiliteten i rutnätscellerna och skydda spatialminnet hos åldrande möss.
"Precis som möss uppvisar människor också varierande grad av åldrande", sa Herber.
"Att förstå en del av den variationen - varför vissa människor är mer motståndskraftiga mot åldrande och andra är mer sårbara - är en del av målet med detta arbete."
Kommentarer
Skicka en kommentar