加齢と認知症における記憶喪失：樹状突起棘頭の直径が老年期の記憶を予測する

に発表された研究 科学の進歩 アラバマ大学バーミンガム校とイリノイ州シカゴのラッシュ大学医療センターの研究者らが主導した研究により、老年期における過去の人生経験の保存はシナプスの量ではなく質によって維持されるという証拠が示された。

「これはパラダイムブレーカーです」と、UAB 神経学部准教授でこの研究の責任著者であるジェレミー・ハースコウィッツ博士は述べています。「35 年間、記憶力の低下は主にシナプスの代わりとなる樹状突起棘の喪失によって起こるというのが、有力な定説でした。40 歳から 85 歳まで、樹状突起棘とシナプスは自然に失われますが、これはまったく正常なことです。この自然な喪失は、加齢とともに誰もが感じる認知力の低下の一因となる可能性があります。しかし、シナプスが失われても、残っているシナプスがその喪失を補うことができることを実証しました。」

ハースコウィッツ氏は、これは非常に大きな意味を持つと語る。「80歳、90歳、95歳といった高齢者でも、シナプス形成には記憶を保持するのに十分な可塑性が残っています。つまり、樹状突起棘とシナプスを再構築する治療法は、加齢やアルツハイマー型認知症による記憶障害がある場合に、記憶を劇的に促進できる可能性があるのです。」

この研究は、ラッシュ大学の宗教団体研究およびラッシュ記憶と老化プロジェクト（ROSMAP）によって可能になった。ROSMAPは、登録時点で認知症の兆候がない65歳以上のカトリックの修道女、司祭、修道士を登録する。参加者は毎年、医学的および心理学的評価を受け、死後に脳を提供することに同意する。

ハースコウィッツ氏と同僚は、ROSMAP参加者128人の死後脳サンプルを研究した。参加者は死亡時の平均年齢が90.5歳で、認知能力スコアはさまざまで、アルツハイマー病関連の神経病理を呈していた。参加者は全員、エピソード記憶、視空間能力/知覚方向、知覚速度、意味記憶、作業記憶の認知テストを毎年受けていた。研究には各脳から2つのサンプルが含まれ、1つは長期記憶に不可欠な構造を持つ側頭葉皮質から、もう1つは前頭運動前野から採取された。

研究者らは、脳サンプルを染色し、薄片を撮影し、2,157個のニューロンにある55,521個の樹状突起棘の3次元デジタル再構成を構築した後、革新的な機械学習を採用した2つの統計手法を使用して、16種類の棘形態測定のいずれかが、脳機能、年齢、アルツハイマー病の神経病理の17種類の測定のいずれかと相関しているかどうかを調べた。脳機能測定の1つは、エピソード記憶、つまり日常の出来事や過去の個人的な経験を思い出す能力であった。

研究者らは、側頭皮質のニューロンについて、βアミロイドプラークスコア、神経原線維変化の病理、性別を含むモデルにおいて、樹状突起棘の頭の直径はエピソード記憶の予測を改善するが、棘の数は影響しないことを発見した。頭の直径が大きいほどエピソード記憶のパフォーマンスが向上するという関連があり、側頭皮質では、老年期の記憶にとってシナプスの強さが量よりも重要であるという新たな仮説を裏付けている。

「新しいスパインやシナプスを維持または生成する経路ではなく、スパインヘッドの直径やシナプスの強度を維持する経路を標的とすることで、アルツハイマー病の前臨床段階にある高齢者にとってより大きな治療効果が得られる可能性がある」とハースコウィッツ氏は述べた。

樹状突起は、他のニューロンからインパルスを受け取るニューロン本体から分岐した延長部です。各樹状突起には、スパインと呼ばれる何千もの小さな突起があります。各スパインの頭部は、シナプスと呼ばれる接点を形成し、別のニューロンの軸索から送られたインパルスを受け取ります。樹状突起スパインは、新しいシナプスを形成しながら形状や体積を急速に変化させることができます。これは、脳の可塑性と呼ばれるプロセスの一部です。シナプスの生成または除去は、脳機能の基本的なメカニズムです。

数万点の脊椎測定値の収集には2年半を要した。この骨の折れる作業は2019年に始まり、COVID-19パンデミックの間も続けられ、UABの研究者らはCOVID-19の制限下で作業していたとハースコウィッツ氏は言う。

「樹状突起棘頭の直径が高齢者のエピソード記憶能力を予測する」という研究の共同筆頭著者は、UAB 神経学部の Courtney K. Walker 氏と Evan Liu 氏です。

他の著者は、UAB 神経学部の Kelsey M. Greathouse、Ashley B. Adamson、Julia P. Wilson、Emily H. Poovey、Kendall A. Curtis、Hamad M. Muhammad、Audrey J. Weber、ラッシュ大学医療センターの David A. Bennett、エモリー大学医学部の Nicholas T. Seyfried、ニューヨーク州シラキュースの SUNY Upstate Medical University の Christopher Gaiteri です。

この研究は、国立衛生研究所の助成金 NS061788、AG067635、AG061800、AG054719、AG063755、AG068024、AG10161、AG72975、AG15819、AG17917、AG46152、および AG61356 から支援を受けました。

UAB では、神経学は Marnix E. Heersink 医学部の部門です。