Vědci odhalí, proč mentální mapy mizí s věkem

V oblasti vzpomínek „kde“ má zvláštní význam. Kde jsem opustil klíče? Kde jsem včera v noci jedl večeři? Kde jsem poprvé potkal toho přítele? Pro každodenní život je nezbytná vzpomínka na místa, ale prostorová paměť – která sleduje „kde“ – je jednou z prvních kognitivních schopností vyblednout ve stáří. A deficity dříve v životě mohou být příznakem demence.

Nyní vědci ve Stanford Medicine a jejich kolegové odhalují to, co se ve starších mozcích zhoršuje, když se prostorová paměť potýká a zda těmto změnám lze zabránit.

V nové studii porovnávající mladé, střední a staré myši vědci zjistili, že aktivita ve střední entorhinální kůře-někdy se přirovnávala k globálnímu polohovacímu systému mozku-se staví méně stabilní a méně naladěná na životní prostředí u starších zvířat. Ti s nejvíce narušenou aktivitou v této oblasti mozku byli nejvíce zmatení při testu prostorové paměti.

„Můžete si myslet na mediální entorhinální kůru jako obsahující všechny komponenty, které potřebujete k vytvoření mapy prostoru,“ řekla Lisa Giocomo, Ph.D., profesorka neurobiologie a vyšší autor studie zveřejněná v Přírodní komunikace.

„Před touto studií existovala extrémně omezená práce na tom, co se ve skutečnosti stane s tímto systémem prostorového mapování během zdravého stárnutí.“

Ačkoli v průměru, starší myši byly znatelně horší než jejich mladší protějšky při navigaci v jejich prostředí, mezi nimi byla velká variace – znamení, že pokles prostorové paměti nemusí být nevyhnutelnou součástí pokročilého věku.

Mentální mapy

Mediální entorhinální kůra je nezbytnou součástí navigačního systému mozku. Obsahuje celou řadu buněk, které sledují různé informace, včetně rychlosti zvířete a směru hlavy, jakož i rozměry a hranice prostoru. Pro novou studii se vědci zaměřili na takzvané buňky mřížky, které vytvářejí mapu prostředí, téměř jako systém délky a šířky.

Studovali myši ve třech věkových kategoriích: Mladé myši Přibližně 3 měsíce staré myši středního věku přibližně 13 měsíců a staré myši přibližně 22 měsíců staré. Tyto věky zhruba korelují s lidskými 20letými, 50letými a 75 až 90letými.

Vědci zaznamenali mozkovou aktivitu mírně žíznivých myší, když provozovali stopy virtuální reality hledající skryté odměny – lízání vody. Běhali na stacionárním míči obklopeném obrazovkami, které zobrazovaly virtuální prostředí, jako běžecký pás velikosti myši v divadle IMAX velikosti myši.

Každá myš spustila stopy stokrát za šest dní. (Myši jsou přirozeně vášniví běžci, poznamenali vědci.)

S dostatečným opakováním se myši ve všech věkových skupinách mohly naučit umístění skryté odměny na konkrétní trati. V šestém dni se zastavili pouze olizovat na místech odměn. V souladu s tím si buňky mřížky ve své střední entorhinální kůře vyvinuly odlišné vzorce palby pro každou stopu, jako by vytvářely vlastní mentální mapy.

Přepínání skladeb

Ale na náročnějším úkolu, ve kterém byly myši náhodně střídány mezi dvěma různými stopami, které se již naučily, z nichž každá byla s jiným umístěním odměny, byly starší myši styly – zdálo se, že nedokážou určit, na které trati jsou.

„V tomto případě byl úkol více podobný tomu, aby si vzpomněl, kde jste zaparkovali auto na dvou různých parkovištích nebo kde je váš oblíbený kávu ve dvou různých městech,“ řekl Giocomo.

Staré myši si nebyly jisti, kde byly, měly tendenci sprintovat zbytek trati, aniž by se obtěžovaly zastavit a hledat odměny. Několik z nich vzalo jinou taktiku a všude se pokusilo olizovat.

Jejich mřížkové buňky odrážely jejich zmatek. Přestože si pro každou stopu vyvinuly odlišné vzory palby, jejich mřížky buňky vystřelily erraticky, když byly stopy střídány.

„Jejich prostorové stažení a jejich rychlá diskriminace těchto dvou prostředí byla opravdu narušena,“ řekla Charlotte Herber, Ph.D., MD-PH.D. Student a vedoucí autor studie.

Zdá se, že zjištění jsou v souladu s lidským chováním. „Starší lidé mohou často procházet známými prostory, jako je jejich domov nebo sousedství, ve kterém vždy žili, ale je pro ně opravdu těžké naučit se navigovat novým místem, a to i se zkušenostmi,“ řekl Giocomo.

Naproti tomu myši mladých i středního věku pochopily přiřazení do šestého dne a jejich aktivita v mřížce se rychle shodovala s jakoukoli stopou, kterou běželi.

„Během dnů jeden až šest, mají postupně stabilnější vzorce prostorového střelby, které jsou specifické pro kontext A a specifické pro kontext B,“ řekl Herber. „Staré myši pak nedokážou vyvinout tyto diskrétní prostorové mapy.“

Myši středního věku měly v mozkové aktivitě poněkud slabší vzorce, ale fungovaly velmi podobně jako mladé myši. „Myslíme si, že se jedná o kognitivní kapacitu, která je pravděpodobně neporušená,“ řekl Herber, alespoň do asi 13 měsíců u myši, nebo možná 50 až 60 let v lidském protějšku, “řekl Herber.

Super-ager

Ačkoli mladé a střední a středního věku fungovaly rovnoměrně ve svých věkových skupinách, nejstarší sada vykazovala větší variabilitu v prostorové paměti.

Mužské myši obecně fungovaly lépe než samice myší, ačkoli vědci dosud nevědí proč.

Jedna starší mužská myš vystoupila: přistoupila k testu a vzpomněla si na skryté umístění odměn na střídavých stopách stejně dobře-pokud ne lepší než-mladé a střední věkové myši.

„Byla to úplně poslední myš, kterou jsem zaznamenal, a upřímně, když jsem to sledoval, že jsem to vedl experiment, pomyslel jsem si:

Místo toho se ukázala, že myš super-ageru potvrzuje spojení mezi aktivitou mřížky a prostorovou pamětí. Jeho buňky mřížky byly tak neobvykle nesplněné jako jeho chování, v každém prostředí jasně a přesně vystřelily.

„Variabilita ve staré skupině nám umožnila navázat tyto korelační vztahy mezi nervovou funkcí a chováním,“ řekl Herber.

Super-agerová myš také povzbudila vědce, aby hledali genetické rozdíly, které by mohly být základem variability stárnutí. Sekvenovali RNA mladých a staré myši a našli 61 genů, které byly více exprimovány u myší s nestabilní aktivitou buněk mřížky. Tyto geny by mohly být zapojeny do řízení nebo kompenzace poklesu prostorové paměti, uvedli vědci.

Například genový haplin4 přispívá k síti proteinů, které obklopují neurony, známé jako perineuronální síť, která by mohla pomoci na posílení stability a chránit stabilitu mřížky a chránit Prostorová paměť u stárnoucích myší.

„Stejně jako myši, lidé také vykazují variabilní rozsah stárnutí,“ řekl Herber. „Pochopení některé z této variability – proč jsou někteří lidé odolnější vůči stárnutí a jiní jsou zranitelnější – je součástí cíle této práce.“

Ke studii přispěli vědci na Kalifornské univerzitě v San Franciscu.