Мозг мышей стареет как человеческий

Человеческий мозг работает как сеть специализированных модулей, каждый из которых отвечает за определенные функции: распознавание лиц, восприятие цвета, обработку речи. С возрастом эти модули утрачивают четкую специализацию, и связи между ними размываются. Предыдущие исследования фиксировали такую деградацию у людей и связывали ее с ухудшением памяти и других когнитивных способностей, но молекулярные и клеточные механизмы, стоящие за этим процессом, оставались плохо изученными. Эксперименты на людях не позволяют быстро проверить, как диета в молодости или конкретная генетическая мутация повлияют на мозг через полвека.

Команда под руководством Итамара Кана из Института Цукермана и Гагана Вига из Техасского университета в Далласе решила выяснить, наблюдается ли аналогичная картина у мышей, мозг которых примерно в 3 000 раз меньше человеческого по объему. Для этого исследователям пришлось адаптировать технологию функциональной магнитно-резонансной томографии: они использовали сканеры с магнитным полем, более чем втрое превышающим стандартное для клинических аппаратов, что позволило различать мелкие структуры в крошечном мозге грызунов. Лаборатория Кана, одна из немногих в мире, умеет снимать фМРТ у бодрствующих мышей, а не у животных под наркозом, что приближает условия эксперимента к тем, в которых сканируют людей.

Исследователи отслеживали 82 мыши от трехмесячного до двадцатимесячного возраста, что примерно соответствует диапазону от 18 до 70 лет у человека, и сканировали их мозг через регулярные интервалы. Результаты подтвердили гипотезу: по мере старения мышиные мозговые модули теряли специализацию и начинали хуже координировать свою работу, повторяя возрастной паттерн, который нейробиологи много раз документировали у людей.

«Способ, которым модули мозга соотносятся друг с другом как единое целое, оказался мерой здоровья мозга, применимой и к людям, и к мышам», пояснил Эзра Уинтер-Нельсон, докторант из лаборатории Вига и первый автор статьи.

При этом различия между двумя видами тоже оказались показательными. У людей мозговые модули связаны между собой теснее, чем у мышей, и Виг полагает, что именно эта более глубокая интеграция лежит в основе когнитивных способностей, развитых у человека сильнее, чем у грызунов. Обратная сторона такой интеграции состоит в том, что возрастная потеря специализации модулей у людей идет быстрее, чем у мышей, и может делать человеческий мозг более уязвимым к когнитивному спаду.

Практическая ценность открытия в том, что теперь ученые могут моделировать возрастное старение мозга на мышах и проверять, как на его траекторию влияют генетика, среда обитания, питание или экспериментальные препараты, получая результаты за месяцы вместо десятилетий. «Мы можем посмотреть, повлияет ли, скажем, изменение диеты в молодости на состояние мозга в старости, и нам не придется ждать 80 лет, как в случае с людьми», отметил Кан.

Авторы оговариваются, что пока работали только с одной линией лабораторных мышей и планируют расширить исследования на другие линии, которые, как известно, стареют по-разному, чтобы выяснить, как генетический фон модифицирует возрастные изменения мозговых сетей.

Предыдущие нейробиологические исследования на мышах неоднократно критиковали за низкую клиническую применимость к человеку, и значительная часть этой критики адресовалась работам, изучавшим изменения на уровне отдельных клеток. Кан подчеркнул, что его группа анализирует мозг на уровне сетей, а сочетание сетевого и клеточного подходов может оказаться более продуктивным для разработки терапий, которые сработают не только у мышей, но и у людей.