研究人员已经确定了大脑中的一个特定区域,这可能解释了为什么老年人随着年龄增长常常对周围环境感到陌生。
斯坦福大学的专家分析了十几只年龄相当于人类20至90岁的老鼠。
当老鼠在虚拟现实模拟中奔跑时,它们大脑的内侧内嗅皮层会发出称为网格细胞的独特神经元模式。
内侧内嗅皮层,被昵称为大脑的"全球定位系统",控制着大脑记忆中心(海马体)和认知功能中心(新皮层)之间的通信。
网格细胞帮助创建空间的心理"地图",使老鼠和人类能够熟悉一个区域。
研究小组发现,当年轻老鼠探索一个空间时,内侧内嗅皮层中的网格细胞会以清晰、有组织的模式发出信号。但在老年老鼠中,随着常规变化,细胞以混乱的方式发出信号,这表明它们的空间记忆已经开始崩溃。
空间记忆,即对位置或方向的记忆,在阿尔茨海默病等痴呆症中会严重受损,这表明内侧内嗅皮层会随着疾病而退化。
这可能为专门针对这一结构的新疗法铺平道路。
斯坦福大学的研究人员发现了一种可能在阿尔茨海默病等疾病中退化的脑部结构(示意图)
斯坦福医学院神经生物学教授、该研究的高级作者丽莎·乔科莫博士说:"你可以把内侧内嗅皮层看作是包含了构建空间地图所需的所有组件。
"在这项研究之前,关于健康老龄化过程中这个空间映射系统实际上会发生什么的研究极其有限。"
这项研究于周五发表在《自然通讯》杂志上,研究对象是18只根据年龄分为三类的老鼠:三个月大、13个月大和22个月大。
这些年龄大致相当于20岁、50岁和75至90岁的人类。
研究人员记录了略带口渴的老鼠在穿过带有隐藏奖励(一滴水)的虚拟现实轨道时的脑部活动。
这些轨道涉及在被显示虚拟环境的屏幕包围的固定球上奔跑,研究小组将其比作老鼠大小的IMAX剧院中的老鼠大小的跑步机。
在六天的过程中,老鼠在轨道上跑了数百次。实验结束时,所有年龄组的老鼠都学会了在特定轨道上奖励的位置,并且只在奖励位置停下来舔舐。
随着它们学习路径,内侧内嗅皮层中的网格细胞为每条轨道发出不同的信号,仿佛老鼠正在构建定制的心理地图。
但当老鼠在两条已经学会的轨道之间切换时,每条轨道都有不同的奖励位置,老年老鼠很难弄清楚它们在哪个轨道上。
乔科莫博士说:"在这种情况下,任务更像是记住你在两个不同的停车场把车停在哪里,或者在两个不同的城市中你最喜欢的咖啡店在哪里。"
这导致老年老鼠在不寻找奖励的情况下冲过轨道的其余部分。有些甚至尝试在各处舔舐。
在困惑的老年老鼠中,它们的网格细胞发出的信号是混乱的,而不是它们在熟悉轨道后采用的特定模式。
斯坦福医学院的该研究主要作者、医学博士生夏洛特·赫伯博士说:"它们的空间回忆和对这两种环境的快速区分能力确实受损了。"
乔科莫博士将此比作有认知能力下降或痴呆症迹象的老年人。
她说:"老年人通常可以导航熟悉的环境,比如他们的家或他们一直居住的社区,但即使有经验,他们也很难学会导航一个新地方。"
然而,年轻和中年老鼠能够适应这些变化,并且在六天内,它们的网格细胞活动与它们所在的轨道相匹配。
赫伯说:"在第一到第六天,它们逐渐形成了更稳定的空间发射模式,这些模式特定于情境A和特定于情境B。
"老年老鼠无法开发出这些离散的空间地图。"
研究小组发现,中年老鼠的脑部活动模式略弱,但它们的表现通常与年轻老鼠相似。
赫伯说:"我们认为,这种认知能力至少在老鼠13个月大之前,或者在人类中50到60岁之前,可能还是完整的。"
研究人员表示,根据这些发现,老年老鼠在空间记忆方面表现出更多的变异性。雄性老鼠在测试中的表现也比雌性老鼠好,尽管研究小组不确定原因。
这些发现表明,内侧内嗅皮层可能有助于老鼠随着年龄增长维持心理地图,并且可能是阿尔茨海默病等疾病中最早退化的结构之一。
该研究部分由美国国立卫生研究院资助。
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