Почему с возрастом наши когнитивные функции ухудшаются? На этот вопрос попытались ответитьисследователи из Центра долголетия Техасского университета в Далласе и опубликовали свои выводыв журнале eNeuro. Они выяснили, как с возрастом меняется активность определенных зон мозга, когда им предъявляется визуальный стимул. Полученные результаты заставляют задуматься о том, что причина ослабления когнитивных функций кроется в специализации (дифференциации) нейронов.
Credit: public domain
Нейронная специализация (дифференциация) – процесс, при котором конкретная зона мозга ответственна за очень узкий диапазон внешних стимулов. Например, зона Вернике отвечает исключительно за понимание смысла слышимой речи.
Нейронная специализация усиливаетсяс возрастом, но ближе к старости наблюдается обратное явление – нейронная дедифференциация. Этот феномен, наоборот, связан с тем, что в определенный момент времени группы нейронов перестают избирательно отвечать лишь на свой конкретный стимул. Они начинают также активироваться при предъявлении смежного стимула. Например, зоны, которые раньше были ответственны за восприятие лица, частично начинают активироваться и при другом визуальном стимуле, словно помогая ему лучше обрабатываться. В качестве аналогии, дедифференциация – это как начать с возрастом говорить на нескольких языках вместо углубления в азы своего родного языка.
Считается, что наиболее подвержены нейронной дедифференциации те области мозга, которые реагируют на визуальный сигнал. Некоторые исследователи этогофеномена отмечали его связь с когнитивными нарушениями (ухудшением памяти). Одной из причин таких нарушений могло быть ослабление избирательности нашего внимания. Чтобы доказать эту гипотезу, ученые из Техасского университета провели эксперимент, в который включили две группы добровольцев. Одна состояла из 24 молодых людей (мужчин и женщин) в возрасте от 18 до 24 лет, другая – из 24 пожилых людей в возрасте от 65 до 75 лет.
Каждый участник перед началом эксперимента прошел ряд тестов на определение текущего уровня когнитивных способностей. В тестах проверялось внимание, память, рабочая память, способность к переключению между задачами, понимание материала при чтении и так далее. К участию в эксперименте допускались только люди с нормальным или скорректированным зрением без каких-либо хронических заболеваний или неврологических нарушений. По понятным причинам результаты тестов молодой группы, в целом, оказались выше.
На первом этапе эксперимента участников помещали в МР-сканер, где проводили функциональную магнитно-резонансную томографию, в ходе которой им нужно было запомнить предъявляемый стимул, а затем воспроизвести его. Они видели на экране слово, которое возникало одновременно с некоторым объектом: цветным изображением лица (мужского или женского), или же цветным изображением местности (городской или сельской). Участники должны были составить ассоциацию между двумя стимулами. Например, если участник видел пару «слово-сцена», то должен был представить, как мысленный образ слова взаимодействует с этой сценой. Если участник видел пару «слово-лицо», он должен был представить, как человек с этим лицом будет взаимодействовать с образом слова. Всего участникам предъявлялось 72 пары, из которых 24 считались несущественными (то есть они не учитывались при подсчете результатов), а 48 – критическими (по 24 картинки с лицом и сценой).
Чтобы убедиться, что участники действительно выполняют задание, их просили оценить яркость каждой воображаемой ассоциации по трехбалльной шкале: «неяркий», «довольно яркий», «очень яркий». Таким образом можно было выяснить, как и насколько качественно добровольцы следуют рекомендациям.
Credit: Michael D. Rugg et al. / eNeuro 2020
Затем проверялось, насколько люди запомнили пары. Им показывали 24 новых стимула и 24 старых. Участники должны были ответить, какие пары они уже видели ранее, а какие были новыми с их точки зрения. В случае если участник говорил, что уже видел пару, экспериментаторы уточняли, с каким именно объектом сочеталось слово в паре: лицом или сценой.
Пока участники выполняли задание, экспериментаторы внимательно следили за четырьмязонами мозга. Разумеется, эти зоны были связаны с восприятием лиц и визуальных сцен. Две из них участвуют в обработке лиц: веретенообразная лицевая область (fusiform face area — FFA) и затылочная лицевая область (occipital face area — OFA); две – в обработке информации о визуальных сценах: парагиппокампальная область (parahippocampal place area — PPA) и ретроспленальная кора (retrosplenial cortex — RSC). Credit: Michael D. Rugg et al. / eNeuro 2020
Результаты показали, что одна из двух зон мозга (PPA), ответственных за представление визуальной сцены, значимо зависелаот возраста участника. Это проявлялось в том, что пожилые участники эксперимента вспоминали в целом меньше пар, чем молодые, и в особенности меньше пар, где слово сочеталось с визуальной сценой (в сравнении с парами «слово-лицо»).
На рисунке отчетливо видно, что ухудшение запоминания связано с тем, что у пожилых участников нарушалась нейронная специализация именно в парагиппокампальной области (PPA). Credit: Michael D. Rugg et al. / eNeuro 2020
Полученные результаты соответствуют ранее проведенным экспериментам, в которых также обнаружили связь между возрастом и нейронной специализацией зон PPA и RSC.
По мнению ведущего автора исследования, Майкла Руга (Michael D. Rugg), полученные результаты могут быть связаны с тем, что человек постепенно накапливает опыт восприятия визуальных сцен. С возрастом визуальные сцены теряют свою значимость для нас. Человек знает, что ожидать от сцены с городом или сельской местностью. Таким образом, одной из причин, почему избирательность зоны PPA мозга падает, становитсято, что человека просто нечем удивить.
Авторы также подчеркнули, что существует положительная взаимосвязь между нейронной дифференциацией и памятью: чем сильнее дифференциация (или специализация), обнаруженная в зонах, активируемых визуальными сценами, тем больше пар вспоминали участники эксперимента. Такой результат наблюдался в обеих возрастных группах. Однако остается неясным, обуславливает ли хорошую память конкретная визуальная сцена или главную роль играет активация конкретных зон мозга.
Нейронная дедифференциация связана с плохой памятью и более низким уровнем подвижного интеллекта (логического мышления). Значит, данный феномен может лежать в основе когнитивных нарушений. Однако, несмотря на полученные результаты среди ученых нет единого мнения о такой связи. Сегодня этот феномен показывает стабильный результат лишь для некоторых стимулов, в частности – визуальных сцен.
Интересно, что ряд ученых связывает подобные результаты не с нейронной дедифференциацией, но с конкретными условиями проведения опыта. В отличие от предыдущих экспериментов, в этом опыте использовались цветные лица, активный метод наблюдения (необходимо было ассоциировать пары, а не просто наблюдать). Вполне возможно, что в то время как молодые участники относительно равномерно распределяли внимание между словами и изображениями, пожилые люди, возможно, уделяли меньше внимания ассоциации слов и изображений, и больше – самому изображению. Полученные результаты также можно объяснить возрастными отличиями в восприятии сложных визуальных объектов: как правило, специализация становилась особенно заметной, если предъявлялся стимул, состоящий из комбинации нескольких факторов, что в большей степени относится к изображениям сцен, нежели лиц.
В целом, предположение о роли нейронной дедифференциации в когнитивных нарушениях пока что подтверждается только для визуальных сцен. Возможно, в будущем мы будем использовать нейронную дедифференциацию в качестве показателя когнитивных нарушений. Однако для этого необходимы новые исследования, в особенности, продольные, то есть позволяющие увидеть, что происходит с описанными зонами мозга у конкретного человека в разных возрастах.
Текст: Никита Отставнов
Neural Differentiation is Moderated by Age in Scene-Selective, But Not Face-Selective, Cortical Regions by Sabina Srokova, Paul F. Hill, Joshua D. Koen, Danielle R. King and Michael D. Rugg in eNeuro. Published April 2020, 7 (3) ENEURO.0142-20.2020
