Možgani se starajo po plasteh: "vstopna" plast senzorične skorje se zgosti, medtem ko globlje plasti postanejo tanjše.

Članek, objavljen v reviji Nature Neuroscience, prikazuje, kako staranje različno vpliva na plasti senzorične skorje pri ljudeh in miših. Pri starejših odraslih se zdi, da je "vstopna" plast IV debelejša in bolj mielinizirana, medtem ko globlje plasti (V–VI) postanejo tanjše, kljub splošnemu povečanju mielina. V poskusih s tkivi in kalcijem na miših se je aktivnost senzoričnih nevronov s starostjo povečevala, gostota internevronov PV, verjetnega "kompenzatorja" za vzdrževanje ravnovesja med vzbujanjem in zaviranjem, pa se je povečala. Z drugimi besedami, skorja se ne stara enakomerno, temveč v plasteh.

Ozadje

• Kaj si običajno mislimo o staranju možganov. Pogosto pravijo, da se "korteks s starostjo tanjša" - in to pojasni vse. Vendar je to povprečna slika za celotno debelino korteksa, brez upoštevanja, da je korteks "večplastna torta" z različnimi nalogami za vsako plast.
• Kar je ostalo nejasno, je bilo, ali se skorja stara enakomerno ali pa ima vsaka plast svojo pot. Še posebej v senzorični skorji, kjer četrta plast (plast IV) prejema vhodne signale iz talamusa (»vhodna vrata«), globlje plasti pa pošiljajo ukaze naprej. Zgodnje delo je namigovalo na premike plast za plastjo, vendar so bili neposredni podatki o ljudeh visoke ločljivosti redki.
• Zakaj je to zdaj lažje preučevati. Pojavile so se 7-T MRI metode z analizo strukture in funkcije po plasteh ter kvantitativni mielinski zemljevidi (qT1, QSM). Primerjati jih je mogoče s poskusi na miših – od dvofotonskega "kalcijevega" slikanja nevronske aktivnosti do histologije. Ta zasnova "človek ↔ miš" nam omogoča, da preverimo, ali se staranje resnično dogaja v plasteh in ni preprosto "povprečeno" po celotni skorji.
• Namigi iz modelov. Pri živalih se senzorični odzivi s starostjo pogosto povečajo, zaviralni internevroni z beljakovino parvalbuminom (PV) pa se pogosto preoblikujejo – to so »zavorne« celice, ki preprečujejo, da bi se omrežje »preveč vzburilo«. Če se njihova gostota ali funkcija spremeni, lahko omrežje kompenzira s starostjo povezane spremembe vhodnih signalov.

Kaj so storili?

Ekipa iz DZNE (Nemčija), univerz v Magdeburgu in Tübingenu ter partnerjev je primerjala mlade in starejše skupine ljudi z uporabo ultravisokopolne 7-T magnetne resonance: merili so debelino plasti, mielinski proxy (qT1) in magnetno susceptibilnost (QSM) ter funkcionalne odzive na taktilno stimulacijo prstov. Vzporedno so v skorji možganske skorje miši izvedli dvofotonsko slikanje kalcija in posmrtne analize mielina. Ta »dvojezična« zasnova (človek ↔ miš) nam je omogočila primerjavo vzorcev staranja na ravni plasti.

Glavne ugotovitve – z enostavnimi besedami

• Četrta plast (vhodni kanal) je pri starejših odraslih večja in bolj mielinizirana, z razširjenimi senzoričnimi vhodnimi signali. Globlje plasti so tanjše, čeprav kažejo tudi znake večje mielinizacije. Normalna "povprečna debelina skorje" prikriva te diferencialne premike, zato so meritve, specifične za plasti, bolj informativne.
• »Meje« prstnih zemljevidov (območja z nizkim mielinom med predstavitvami prstov) se s starostjo ohranijo – pri degradaciji niso bile najdene jasne meje.
• Miši so s starostjo pokazale večjo senzorično nevronsko aktivacijo in večjo gostoto PV internevronov (»zavornih« celic), kar lahko služi kot kompenzacija, ki preprečuje, da bi omrežja »divjala«. Kortikalni mielin pri miših je pokazal s starostjo povezano dinamiko, vključno s povečanjem odraslosti in zmanjšanjem starosti (obrnjena U-krivulja).

Zakaj je to pomembno?

• Ni vse v "tanjšanju". Res je, da je skorja pri starejših ljudeh v povprečju tanjša, vendar se v tem "povprečju" skriva ključ: različne plasti se spreminjajo različno. Za diagnostiko in znanost je natančneje gledati profil po plasteh in ne le na celotno debelino.
• Nevrobiološke implikacije. Zdi se, da sta odebelitev/mielinacija plasti IV in povečana inhibicija PV prilagoditev pri mišjih modelih: vhodni signali so daljši in širši, sistem pa dodaja "zavore", da bi omejil prekomerno aktivacijo. To pomaga razložiti, zakaj nekateri starejši odrasli kažejo okrepljene senzorične odzive brez očitnih dokazov o izgubi inhibicije.
• Most do klinike: Pristopi, specifični za posamezne plasti, lahko osvetlijo, kako se normalno staranje razlikuje od bolezni, pri katerih so prizadete druge plasti in mehanizmi – na primer pri Alzheimerjevi bolezni ali multipli sklerozi so bolj vključene druge ravni in vrste mielinskih/internevronov.

Podrobnosti, na katere morate biti pozorni

• V enem naboru podatkov so imeli ljudje v S1 skupno debelino dlani ≈2,0 mm, razlika med starostmi pa je bila približno –0,12 mm – vendar je ključno, da so k temu prispevale globlje plasti, medtem ko se je srednja plast odebelila.
• Avtorji niso našli jasnih dokazov o oslabljeni inhibiciji pri starejših odraslih na ravni BOLD; namesto tega so pri posnetkih posameznih nevronov pri miših opazili povečano inhibitorno koaktivacijo in povečanje števila PV+ celic, kar je skladno z idejo o kompenzaciji.
• V gradivih za javnost je študija predstavljena kot dokaz "plastnega" staranja skorje in da se človeška skorja stara počasneje, kot se je prej mislilo, vsaj v somatosenzorni coni, ker nekatere plasti ohranjajo ali celo povečujejo strukturne "vire".

Avtorjevi komentarji

Tukaj je tisto, kar avtorji sami poudarjajo (na podlagi pomena svoje razprave in zaključkov):

• Staranje ni »enakomerno tanjšanje«, temveč prestrukturiranje plast za plastjo. Opažajo premike v različnih smereh: »vstopna« plast IV pri starejših ljudeh je videti debelejša in bolj mielinizirana, medtem ko globlje plasti prispevajo predvsem k splošnemu tanjšanju skorje. Zato povprečne metrike po celotni debelini skorje skrivajo ključne spremembe – pogledati je treba »plast za plastjo«.
• Senzorični vhod se raztegne, omrežje se prilagodi. Debelejša/bolj mielinizirana plast IV pri starejših je povezana z daljšim senzoričnim vhodom; v mišjem modelu se senzorična nevronska aktivnost poveča in delež PV internevronov se poveča, kar je verjeten kompenzacijski mehanizem za ohranjanje ravnovesja med vzbujanjem/inhibicijo.
• Globoke plasti so ranljivo mesto pri staranju. Po njihovih podatkih prav globoke plasti pojasnjujejo s starostjo povezano tanjšanje in spremembe v funkcionalni modulaciji, medtem ko lahko srednje plasti kažejo nasprotne premike. Od tod sklep: različne plasti imajo različne poti staranja in jih ni mogoče zreducirati na eno samo »povprečno krivuljo«.
• Posledice za klinično prakso in metode. Avtorji zagovarjajo optiko, specifično za posamezne plasti: takšne metrike bodo pomagale natančneje razlikovati med normalnim staranjem in boleznimi (kjer so prizadete druge plasti/mehanizmi) in bolje interpretirati MRI visoke gostote (7T) – tako strukturne kot funkcionalne podatke.
• Moč dela je »most« med človekom in mišjo. Kombinacija 7T MRI pri ljudeh s slikanjem kalcija in histologijo pri miših je dala dosledno sliko v vseh plasteh. To po mnenju avtorjev povečuje zanesljivost interpretacije človeških ugotovitev in nakazuje mehanizme (mielin, PV internevroni), ki jih je mogoče nadalje preizkusiti.
• Omejitve – in kam naprej. Študija na ljudeh je presečna (ne gre za iste udeležence skozi čas) in se osredotoča na primarni somatosenzorični korteks; potrebne so longitudinalne študije, druga področja možganske skorje in primerjave s kliničnimi skupinami. Pomembno je tudi pojasniti, v kolikšni meri so mehanizmi 1:1 pri miših prenosljivi na ljudi.

Skratka, njihov položaj: možgani se starajo »plast za plastjo«, kar je vidno tako v strukturi (mielin, debelina) kot v delovanju omrežja; »vhod« in »izhod« skorje se spreminjata različno, nekateri učinki pa se zdijo prilagodljivi. To spreminja pristop k diagnostiki in preučevanju sprememb, povezanih s starostjo.

Omejitve in naslednji korak

Delo je presečno (različni ljudje, ne isti skozi čas) in se osredotoča na primarni somatosenzorični korteks; mehanizem razlik med vrstami (človek ↔ miš) prav tako zahteva pojasnilo. Pred nami so longitudinalne študije, specifične za posamezne plasti, ki bodo preizkušale, kako se ta »plastni podpis« spreminja pri nevrodegenerativnih in demielinizirajočih boleznih.