Мозг похож на головоломку, для правильного функционирования которой требуется множество вложенных и взаимозависимых частей. Мозг разделен на области, каждая из которых содержит многие миллионы нейронов, соединенных тысячами синапсов. Эти синапсы, обеспечивающие связь между нейронами, зависят от еще более мелких структур: бутонов, передающих сообщения (опухшие луковицы на ответвленных концах нейронов), дендритов, принимающих сообщения (комплементарные ветвящиеся структуры для приема бутонных сообщений), и силовых структур. -генерирующие митохондрии. Чтобы создать сплоченный мозг, необходимо учитывать все эти части.

Однако в стареющем мозге эти фрагменты могут потеряться или измениться и больше не вписываться в большую головоломку мозга. Исследовательская группа опубликовала исследование на эту тему в Frontiers in Aging Neuroscience .

«Пятьдесят процентов людей испытывают потерю рабочей памяти с возрастом, а это означает, что их способность удерживать и обрабатывать информацию в краткосрочной перспективе снижается», — говорит соавтор Кортни Главис-Блум, старший научный сотрудник Института Солка профессора Джона Рейнольдса. лаборатория «Мы решили понять, почему одни люди сохраняют здоровую рабочую память с возрастом, а другие нет. В процессе мы обнаружили новый механизм синаптической основы когнитивных нарушений».

Предыдущие исследования показали, что мозг теряет синапсы по мере старения, и исследователи наблюдали эту закономерность и в своей модели приматов, кроме человека. Но когда они посмотрели на оставшиеся синапсы, то обнаружили признаки нарушения координации между размером бутонов и содержащимися в них митохондриями.

Фундаментальный принцип нейробиологии, принцип ультраструктурного размера, объясняет, что когда одна часть синаптического комплекса изменяется в размере, то же самое должны делать и все остальные части. Синапс, митохондрии, бутоны — все эти части должны масштабироваться в соответствии друг с другом. До исследования группы Солка никто не задавался вопросом, может ли этот принцип нарушаться с возрастом или болезнью.

«Чтобы изучить это, мы обратились к электронной микроскопии », — говорит соавтор Кейси Вандерлип, бывший научный сотрудник лаборатории Рейнольдса. «Это позволило нам визуализировать эти компоненты во многих синапсах. Мы обнаружили, что потеря синапсов происходит при здоровом и нарушенном старении, но разница заключается в нарушении корреляции между размерами бутонов и их митохондрий».

«Это волновой эффект, когда непостижимо маленькие синаптические структуры изменяют сети нейронов, функции мозга и поведение», — говорит Главис-Блум. «Исследование этих микроскопических дисфункций — неизведанная территория, которая может революционизировать наше понимание старения и его влияния на познание».

Команда обнаружила, что соблюдение принципа ультраструктурного размера имеет важное значение для предотвращения ухудшения рабочей памяти с возрастом. Рассматривая нарушение принципа ультраструктурного размера и связанные с митохондриями сбои как ключ к возрастным когнитивным нарушениям, исследование открывает новую эру в исследованиях старения.

«Изображения синапсов, которые мы получили, — это моментальные снимки динамического процесса», — говорит Рейнольдс, владелец кафедры Фионы и Санджая Джа в области неврологии. «Имея в руках эти снимки, мы можем начать думать о механизмах, которые координируют расширение и сокращение различных частей синаптического комплекса, а затем задаться вопросом, как нарушение этих механизмов может объяснить возрастное снижение когнитивных функций. Новый способ мышления о снижении когнитивных функций, который может привести к новым целям для будущей терапии».