Люди теряют объем мозга с возрастом, по оценкам, на 5% в десятилетие после 40 лет. Но эта оценка затушевывает роль, которую играет индивидуальная физиология в отношении функционального старения мозга.

Используя сложные аналитические инструменты, исследователи из Института Бака и Калифорнийского университета в Сан-Франциско проанализировали 554 пациента с помощью объемной МРТ и иммунных образцов крови, взятых в течение десятилетия.

Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что на функциональные сети мозга по-разному влияют старение, пол и факторы иммунитета крови.

Исследователи, возглавляемые ученым-биоинформатиком Николой Марковым, доктором философии, сначала изучили циркулирующие в крови белки, выявив закономерности концентрации воспалительных белков, которые увеличиваются с возрастом, процесс, называемый "воспалительным старением". Корреляция со старением была настолько очевидной, что ученые смогли с поразительной точностью предсказать хронологический возраст человека, просто проанализировав профиль концентрации этих белков. Этот показатель называется цикло или "цитокиновыми часами".

Исследователи обнаружили, что как цитокиновые часы, так и сокращение мозга следуют разным траекториям в зависимости от пола, причем у женщин цитокиновые часы тикают быстрее, хотя в целом они были более защищены от сокращения мозга.

"Эта работа открывает черный ящик между старением и нейродегенерацией", - говорит старший автор и доцент Института Бака Дэвид Фурман, доктор философии. "Теперь мы можем различать сокращение мозга, вызванное старением, и сокращение, вызванное хроническим воспалением.

"По сути, если мы уберем причинно-следственную связь во времени, и у кого-то будет сильное воспаление, у него будет меньший мозг в определенных областях. Кроме того, выявляя воспалительные биомаркеры старения мозга, мы получаем потенциальные мишени как для ранней диагностики, так и для профилактики возрастной нейродегенерации".

Выводы основаны на каноническом корреляционном анализе. Этот метод позволяет исследователям взять два набора переменных, собранных у одного и того же человека, и разделить влияние этих переменных на конкретный результат, в данном случае на области мозга, которые функционально связаны. Это также позволяет ученым увидеть у одного и того же человека, как параметры коррелируют друг с другом.

Исследователи в этом исследовании проанализировали три параметра — возраст, пол и цикло— а также показатели объема семи функциональных сетей мозга в одном и том же наборе данных. Марков говорит, что корреляционные функции выявили интересные наблюдения.

Изменчивость хронологического возраста, измеренная в популяции, построила самую сильную корреляционную функцию с объемом мозговых сетей, предназначенных для контроля моторики и восприятия тела. Пол испытуемого коррелировал со зрительной системой, вентральным вниманием и лобно-теменными сетями. Биологический возраст, представленный цитокиновыми часами CyClo, больше всего коррелировал с лимбической системой, режимом по умолчанию и дорсальной сетью внимания, которая связана с ориентацией внимания на конкретную задачу.

"Значение заключается не только в том, что мы сопоставили цитокиновые часы с серым веществом, но и в том, что мы сделали это, изучив функциональные сети, области, в которых нейроны срабатывают вместе, работают вместе, соединяются и взаимодействуют вместе", - сказал Марков. "Мы также обнаружили, что, хотя сети распределены по всему мозгу, они имеют общие уязвимости в процессе старения".

Марков говорит, что следующая задача состоит в том, чтобы понять, как эти иммунные циркулирующие белки непосредственно влияют на стареющий мозг и почему некоторые части мозга более чувствительны к периферическому воспалению, чем другие. Он говорит, что наиболее эффективные иммунные белки, или цитокины / хемокины, которые обнаружены в образцах крови, включают IL-6 и TNF альфа, которые связаны с хроническим воспалением, которое усиливается с возрастом, а также VEGF и PLGF, которые, по-видимому, имеют решающее значение для здоровья сосудистой системы, особенно маленькие капилляры.

Исследователи также идентифицировали MCP-1, Vcam-1 и эотаксин-1, которые являются хемокинами, которые изменяются с возрастом и привлекают иммунные клетки из крови для преодоления гематоэнцефалического барьера. Марков говорит, что когда эти хемокины пересекают гематоэнцефалический барьер, они вызывают активацию микроглии, потенциального инициатора нейродегенеративного процесса.

В дальнейшем Фурман видит два потенциальных применения для науки: "Как только мы определим, что наиболее затронутые сети также связаны с когнитивными нарушениями у людей, у которых диагностирована болезнь Альцгеймера или умеренные когнитивные нарушения, тогда у нас будет диагностический тест. Следующая возможность связана с вопросом о том, можем ли мы модифицировать этот коктейль цитокинов, чтобы помочь людям быть более устойчивыми и избежать снижения в этих различных областях мозга, где мы наблюдали снижение функции ".