С возрастом в мозге появляются повреждения, влияющие на когнитивные способности человека
С возрастом в мозге появляются небольшие повреждения в пучках белого вещества, по которым передаются сообщения между нейронами. Эти повреждения могут повредить белое вещество и привести к когнитивным нарушениям. Представители Технологического института Стивенса и их коллеги не только объяснили, где находятся эти повреждения, но и как они вообще развиваются.
Работа, выполненная под руководством Йоханнеса Вайкенмайера, доцента кафедры машиностроения Стивенса, подчеркивает важность рассмотрения мозга не только как нейронной схемы, которая лежит в основе формирования мыслей и создания воспоминаний. Это также физический объект, который подвержен сбоям и механическим поломкам.
"Мозг подвержен износу в уязвимых местах", - отметил Вайкенмайер. Особенно в стареющем мозге, нам необходимо изучить его биомеханические свойства, чтобы лучше понять, как все может начать идти не так".
Эти поражения - известные как глубокие и перивентрикулярные гиперинтенсивности белого вещества, поскольку они проявляются как яркие белые пятна на снимках МРТ - плохо изучены. Но они не являются редкостью: большинство людей имеют некоторые из них к 60 годам, и с возрастом изменения только усиливаются. Чем больше поражений накапливается и чем быстрее они растут, тем больше мы подвержены когнитивным нарушениям - от проблем с памятью до двигательных расстройств.
Используя снимки МРТ восьми здоровых людей, Вайкенмайер вместе с Валерием Виссером, ныне докторантом Цюрихского университета, и Генри Русинеком, радиологом из Медицинской школы Гроссмана Нью-Йоркского университета, разработали индивидуальную компьютерную модель мозга каждого испытуемого.
Команда отобразила нагрузку на стенки желудочков - оболочки заполненных жидкостью камер, расположенных глубоко в мозге, по мере того, как волны давления проходят через спинномозговую жидкость, или CSF. Они обнаружили, что гиперинтенсивность, как правило, возникает вблизи участков, которые должны сильнее растягиваться, чтобы соответствовать изменениям давления циркулирующей ЦСЖ, поскольку, когда такие участки истончаются, ЦСЖ может просочиться в мозг и вызвать повреждения.
"Клеточная стенка, выстилающая желудочки, со временем изнашивается, как воздушный шарик, который многократно надувают и сдувают", - говорит Вейкенмайер. "И напряжения не являются равномерными - они определяются геометрией желудочка, поэтому мы можем предсказать, где произойдут эти разрушения"
Модель дает простое, основанное на физике объяснение расположения этих повреждений, показывая, что механические нагрузки "должны вносить основной вклад в начало заболевания", - сказал Вейкенмайер.
В исследовании группы, опубликованном недавно в журнале Scientific Reports, использовалась двухмерная визуализация, показывающая поперечное сечение мозга, но с тех пор группа Вайкенмайера расширила свои исследования до полной трехмерной модели мозга. Далее Вайкенмайер надеется использовать передовые технологии МРТ, разработанные в Стивенсе, для непосредственного изучения движения стенок желудочков.
В долгосрочной перспективе результаты работы команды могут позволить разработать новые методы лечения поражений. Обычно фармацевтические препараты с трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер и достигают пораженных участков, но новое исследование предполагает, что можно направлять лекарства к очагам поражения непосредственно через утечки в стенке желудочка.
"До этого еще далеко, и мы не изучали этот вопрос напрямую", - предупреждает Вейкенмайер. "Но это интригующая возможность"
