脳のGPSが年齢とともに失敗する理由と、一部の心がそれをどのように否定するか

現在、スタンフォード医学とその同僚の研究者は、空間的記憶が衰えたときに、古い脳で何が起こるか、そしてこれらの変化を防ぐことができるかどうかを明らかにしています。

若い、中年、古いマウスを比較した新しい研究では、研究者は、脳の全体的な位置決めシステムに例えられる内側胚性皮質の活動が安定しなくなり、高齢の動物の環境に順応性が低下することを発見しました。この脳領域で最も障害のある活動を抱えている人は、空間記憶テストで最も混乱していました。

「内側胚性皮質は、空間の地図を構築するために必要なすべてのコンポーネントを含むと考えることができます」と、神経生物学の教授であり、研究の上級著者であるLisa Giocomo博士は、10月3日に出版するために述べました。 自然コミュニケーション。

「この研究の前に、健康的な老化中にこの空間マッピングシステムに実際に何が起こるかについての非常に限られた作業がありました。」

平均して、高齢マウスは環境をナビゲートする際に若いカウンターパートよりも著しく悪化していましたが、それらの間には大きな変動がありました。

メンタルマップ

内側胚性皮質は、脳のナビゲーションシステムの重要な部分です。動物の速度と頭の方向、スペースの寸法や境界線など、さまざまな情報を追跡するさまざまなセルが含まれています。新しい研究では、研究者はいわゆるグリッドセルに焦点を当て、ほとんどが経度と緯度システムのように環境のマップを作成しました。

彼らは3つの年齢カテゴリーでマウスを研究しました：約3ヶ月の若いマウス、約13ヶ月の中年マウス、約22ヶ月のマウス。これらの年齢は、人間の20歳、50歳、75歳から90歳の人とほぼ相関しています。

研究者たちは、隠された報酬を探して仮想現実のトラックを実行したときに、わずかに渇いたマウスの脳活動を記録しました。彼らは、マウスサイズのIMAXシアターのマウスサイズのトレッドミルのように、仮想環境を表示する画面に囲まれた静止ボールで走りました。

各マウスは、6日間で何百回もトラックを実行しました。 （マウスは自然に熱心なランナーです、と研究者は指摘しました。）

十分な繰り返しにより、すべての年齢層のマウスは、特定のトラックで隠された報酬の位置を学ぶことができました。 6日目までに、彼らは報酬の場所をなめるためだけに停止しました。したがって、内側胚性皮質のグリッドセルは、まるでカスタムメンタルマップを構築するかのように、各トラックの明確な発火パターンを開発しました。

トラックの切り替え

しかし、マウスがすでに学んだ2つの異なるトラックの間でランダムに交互に交互に交互に交互に交互に交互に交互に交互に交互に交互に交互に行われ、それぞれが異なる報酬場所を持つ、高齢マウスは妨害されました。

「この場合、このタスクは、2つの異なる駐車場に車を駐車した場所や、お気に入りのコーヒーショップが2つの異なる都市にある場所を思い出すことに似ていました」とGiocomo氏は言います。

彼らがどこにいるのかわからないため、古いマウスは、報酬を止めて検索することを気にすることなく、トラックの残りの部分を疾走する傾向がありました。いくつかは別の戦術を取り、どこでも舐めようとしました。

彼らのグリッド細胞は彼らの混乱を反映していました。各トラックの明確な発火パターンを開発したにもかかわらず、トラックが交互になったときにグリッドセルが不規則に発射されました。

「彼らの空間的リコールとこれら2つの環境の急速な差別は本当に損なわれていました」と、MD-PHDの学生であり研究の主著者であるCharlotte Herber博士は述べました。

調査結果は人間の行動と一致しているようです。 「高齢者は、自分の家や常に住んでいた近所のように、おなじみのスペースをナビゲートできることがよくありますが、経験があっても新しい場所をナビゲートすることを学ぶことは本当に難しいです」とGiocomo氏は言います。

対照的に、若いマウスと中年の両方のマウスが6日目までに割り当てを理解し、それらのグリッド細胞の活動は、どちらのトラックに迅速に一致しました。

「1日から6日間、彼らはコンテキストAに固有のコンテキストBに固有のより安定した空間的発火パターンを持っています」とHerber氏は述べています。 「老化したマウスは、これらの個別の空間マップの開発に失敗します。」

中年のマウスは脳活動にやや弱いパターンを持っていましたが、若いマウスと非常に同様の性能を発揮しました。 「これは、少なくともマウスで約13ヶ月、または人間のカウンターパートでは50〜60歳までの認知能力だと思います」とハーバーは言いました。

スーパーアゲン

若いマウスと中年のマウスは年齢層内で均一に機能しましたが、最古のセットは空間記憶のより多くのばらつきを示しました。

雄マウスは一般的に雌マウスよりも優れたパフォーマンスを発揮しましたが、研究者はまだ理由を知りません。

1人の年配のオスのマウスが際立っていました。テストを繰り返し、若いマウスと中年のマウスよりも良くないとしても、交互のトラックの隠された報酬の場所を思い出しました。

「それは私が録音した最後のマウスであり、正直なところ、私がそれが実験を実行するのを見ていたとき、私は「ああ、このマウスは統計を台無しにするだろう」と思った」とハーバーは言った。

代わりに、スーパーアガーマウスは、グリッドセルの活動と空間メモリとの間のリンクを確認することが判明しました。そのグリッドセルは、その動作と同じくらい異常に明るくなり、各環境で明確かつ正確に発火しました。

「高齢者グループの変動により、神経機能と行動の間にこれらの相関関係を確立することができました」とHerber氏は言います。

スーパーエイジャーマウスはまた、研究者が老化の根本的な変動性を探すことを奨励しました。彼らは、老いマウスと古いマウスのRNAを配列決定し、不安定なグリッド細胞活性を持つマウスでより発現した61の遺伝子を見つけました。これらの遺伝子は、空間的記憶の減少を運転または補償することに関与する可能性がある、と研究者は述べた。

たとえば、遺伝子haplin4は、陰皮網として知られるニューロンを囲むタンパク質のネットワークに貢献し、グリッド細胞の安定性を高め、老化マウスの空間記憶を保護するのに役立ちます。

「マウスと同じように、人々は老化の範囲をさまざまに示します」とハーバーは言いました。 「その変動のいくつかを理解すること – なぜ一部の人々は老化に対してより回復力があり、他の人がより脆弱であるか – この作品の目標の一部です。」

カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究者がこの研究に貢献しました。

この研究は、スタンフォード大学医学科学者トレーニングプログラム、国立老化研究所、国立衛生研究所の脳研究所（助成金U19NS118284）、国立精神衛生研究所（助成金MH126904およびMH130452）から資金提供を受けました（Grant DA042012）、ジェームズ財団とジェームズ財団。