Co stanie się z mózgiem za 30, 40 i 70 lat?
Nasza praca dotyczy typów aktywności mózgu, ale skupiamy się na mnie
Celem naszych badań był wiekróżnice dotyczą aktywności w funkcjonowaniu mózgu u osób młodych i starszych. Temat ten jest istotny ze względu na choroby neurodegeneracyjne związane ze starzeniem się (choroba Alzheimera i choroba Parkinsona, otępienie). Nie ma lekarstwa jako takiego, ale bardzo ważne jest wczesne rozpoznanie choroby i rozpoczęcie rehabilitacji.
Mózg przechodzi wiele w miarę starzenia się.zmiany, podobnie jak całe ciało. Mogą mieć charakter zarówno konstrukcyjny, jak i funkcjonalny. Strukturalne to zmiany w funkcjonowaniu narządu. Zmienia się także plastyczność mózgu – to dzięki niemu uczymy się, zdobywamy nie tylko wiedzę, ale i zdolności motoryczne. Ta właściwość również cierpi z biegiem czasu i wpływa zarówno na funkcje motoryczne, jak i poznawcze.
Jak mózg u osób starszych kompensuje starzenie się narządów
Mózg to organ składający się z kilkuAkcje. Kora ruchowa zawiera najcenniejsze informacje o tym, jak przetwarza ruchy. Dlatego na podstawie sygnałów aktywności elektrycznej mózgu, pobieranych właśnie z kory ruchowej, można uzyskać wiele wyników, zidentyfikować wzorce związane z ruchem. Każdy z tych obszarów odpowiada za coś innego, a ruchy nie tylko są przetwarzane w korze ruchowej, ale obejmują inne obszary w zależności od wieku.
„Mózg to organ składający się z kilku płatów”
Prąd pobierany jest z neuronów - więc są sobąkomunikować się z przyjacielem. Jest przekazywany przez połączenia do innych neuronów i tworzy wzór. Prowadzone są również badania związków chemicznych występujących między neuronami, można je również badać.
Zmiany strukturalne w mózgu dotyczą objętościistota biała i szara. Szary to substancja mózgu, która składa się z ciała neuronów. Jest to zewnętrzna powłoka mózgu, istota biała znajduje się głównie wewnątrz i pokryta jest szarą materią. W istocie białej nie ma neuronów, ale istnieją połączenia między neuronami - synapsy.
O funkcjonalnym obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznegoW mózgu zdrowego starszego pacjenta i pacjenta z chorobą Alzheimera można zobaczyć stopień utraty istoty szarej wraz z wiekiem - to normalne. Ale w chorobie Alzheimera jest wiele czerwonych obszarów. Odnosi się to do utraty istoty szarej o ponad 4%, czyli znacznie więcej niż przy normalnym starzeniu się. Szara materia zawiera neurony, więc mózg nie może funkcjonować tak jak kiedyś. A u pacjentów w podeszłym wieku straty nie przekraczają 2% - mieści się to w normalnym zakresie.
Istota biała zawiera synapsynie ma w nim neuronów, ale wraz z wiekiem zmniejsza się jego objętość. Na skanach 25-latka i 75-letniego mężczyzny białe obszary wskazują na utratę istoty białej - częściej są one tracone z powodu starzenia się. To normalny proces, w którym mózg sam się przebudowuje.
Skany mężczyzny w wieku 25 i 75 lat
Mówiąc o zmianach funkcjonalnych, mająze względu na zmiany w strukturach sieciowych, które powstają w mózgu. Strukturę sieci można zbudować i wykryć, analizując aktywność elektryczną mózgu, co właśnie robimy. Głównym wyznacznikiem starzenia się jest zanik lub spadek liczby połączeń, ale jednocześnie następuje wzrost połączeń między różnymi sieciami. Mózg chce więc zrekompensować utratę połączenia, aby zachować swoją funkcjonalność. Nazywa się to funkcją kompensacyjną.
W sieci funkcjonalnych powiązań między młodymi i starszymiu osoby bez ciężkich chorób neurologicznych różnica jest natychmiast widoczna. U osób młodych sieć powiązań funkcjonalnych składa się z czterech dużych klastrów. Jednocześnie sieci rozpadają się z wiekiem, połączenia w obrębie każdej sieci stają się słabsze, co prowadzi do rozpadu sieci na kilka podsieci. Niemniej jednak powiązania między sieciami są znacznie silniejsze niż połączenia młodych ludzi. To jest właśnie ilustracja mechanizmu kompensacyjnego.
Zmiany czynnościowe w mózgach dwóch pacjentów
Jak badany jest mózg
Posiadamy laboratorium doświadczalne oparte naktóre prowadzimy eksperymenty z rejestracją sygnałów elektroencefalograficznych w różnych grupach badanych. Można je pisać w różnych celach, ale opowiem o funkcjach motorycznych.
Nasadka ułatwia wkładanie elektrod, któreczytać sygnały z różnych obszarów mózgu. Czerwone kwadraty i kółka wyróżniają te kanały, które wchodzą w obszar sensomotoryczny. Zawierają najważniejsze informacje o tym, jak mózg jest aktywowany w czasie ruchu. Jednocześnie aktywność ruchowa jest pojęciem bardzo luźnym, to nie tylko wykonywanie ruchów, ale także ich planowanie.
Jak mierzy się aktywność elektryczną mózgu?
Wzorce tego typu aktywności są dość podobne, ale trzeba je umieć rozróżnić. Dlatego jesteśmy zaangażowani w tworzenie dobrego klasyfikatora i interfejsu mózg-komputer.
W eksperymentach piszemy wpis w tle, taknazywane nagraniami stanu spoczynku, podczas których człowiek siedzi spokojnie ze złożonymi rękoma. Ma otwarte oczy, słucha jakiejś muzyki i prosimy o nie myślenie o niczym szczególnym, aby na zapisach elektroencefalogramu nie było żadnych dźwięków.
Wpis stanu spoczynku
Na zapisie elektroencefalogramu liczby oznaczają, ww jakiej części mózgu się znajdują. C3 to lewa półkula, C4 to prawa półkula. Istnieje dobrze znany wpływ na przeciwstronność aktywności ruchowej - jeśli poruszasz lewą ręką, aktywuje się prawa półkula i odwrotnie. Dlatego tak ważne jest napisanie kompletnej aranżacji.
Zapis elektroencefalogramu
Na osi czasu od 0 do 40 sekund podświetlone są trzy sygnałyfragmenty, w których osoba wykonywała ruchy - ściskanie i rozluźnianie dłoni. Nic nie jest widoczne na surowych sygnałach. Dlatego konieczne jest zastosowanie metod analizy sygnałów, a jedną z najbardziej klasycznych jest analiza czasowo-częstotliwościowa.
Analiza czasowo-częstotliwościowa
Jasny obraz to powierzchnia, która zawierainformacje o energiach każdego zakresu częstotliwości. Powyżej fragment sygnału EEG, czerwona pionowa linia oznacza moment przejścia sygnału dźwiękowego - po nim osoba wykonała ruch. Zielony pasek na powierzchni odpowiada rytmowi alfa. Zmierzyliśmy powierzchnię i obliczyliśmy, że zielony pasek mieści się w przybliżeniu w zakresie od 8 do 14 herców, co odpowiada rytmom alfa.
Rytm alfa to podstawowy rytm mózguktóry odpowiada za dużą liczbę zadań. W kontekście aktywności ruchowej niesie też bardzo dużą ilość informacji o tym, jak mózg radzi sobie z naszymi ruchami. Na przykład wiadomo, że kiedy osoba wykonuje ruch, rytm alfa traci energię, co nazywa się desynchronizacją rytmu alfa.
Różnice wieku
Rysunek, na którym przedstawione są dwie krzywe, to średnie energie rytmu alfa. Zielona linia to młode osoby w wieku od 18 do 35 lat, czerwony pasek to osoby starsze w wieku około 55-70 lat.
Z lewej strony różnica nie jest szczególnie oczywista, alejeśli spojrzysz na prawą rękę, zobaczysz, że rytm alfa po sygnale, który jest na zerze, przypada na obie grupy, energia spada, następuje desynchronizacja.
Analiza czasowo-częstotliwościowa
Ale u młodych osób ta desynchronizacjatrwa do końca ruchu, a rytm alfa zostaje przywrócony po otwarciu dłoni. U starszych osób rytm alfa zaczyna wracać do zera wkrótce po zaciśnięciu dłoni.
Można zmierzyć, ocenić różnice wieku iInny sposób. Na przykład szybkość reakcji motorycznej. Często mówi się, że starsi ludzie mają zmniejszoną szybkość reakcji, ruchu, reakcji i koordynacji. Ale jak to się dzieje?
Czas reakcji to szybkość neuronów w Twojej głowie.zaczynają się aktywować po tym, jak osoba wykona ruch. Zmierzyliśmy to dla młodych ludzi i dla osób starszych. Czerwone kwadraty oznaczają ruch, czas reakcji starszych osób. Kolor niebieski - dla młodych osób. Okazało się, że u osób starszych czas reakcji jest zawsze dłuższy niż u osób młodych zarówno dla lewej, jak i prawej ręki. A u młodych osób czas reakcji prawej ręki jest znacznie niższy niż czas reakcji lewej ręki. I to jest logiczne, ponieważ w naszej próbce są tylko osoby praworęczne.
Obserwujemy również plastyczność umiejętności:im bardziej ćwiczona jest umiejętność motoryczna, tym szybciej ulega ona degradacji wraz z wiekiem. Zręczność lewej ręki praworęcznych nie jest specjalnie wyćwiczona, więc degradacja jest powolna, a zręczność prawej ręki go dogania. Prowadzi to do wieku oburęczności, równego rozwoju funkcji obu rąk. To prawda, w przypadku osób starszych niestety oznacza to, że równie źle radzą sobie z wykonywaniem ruchów zarówno prawą, jak i lewą stroną.
Na poniższym zdjęciu niebieski obraz to powiązania międzyróżnych kanałów, są silniejsze u osób młodych niż u osób starszych. Na czerwonym obrazku powiązania, które są silniejsze u osób starszych niż u młodych – i widać, że są inne. U osób młodszych połączenia są silniejsze w linii potyliczno-ciemieniowej, czołowej i środkowej.
Sieć funkcjonalnych połączeń dwóch narządów
U osób starszych główna działalność przesuwa się do przodu,w czołowej strefie ciemieniowej, obustronny płat skroniowy. Ten wniosek można wyciągnąć z analizy elektroencefalogramu zarejestrowanego w momencie przed rozpoczęciem ruchu po sygnale, w przedziale, w którym zabrzmiał sygnał, a osoba jeszcze nie zaczęła poruszać ręką. Ten segment zawiera wiele ważnych informacji o planowaniu ruchu i reakcji na sygnał.
Pokonaj Alzheimera
Możemy stwierdzić, że maleje wraz z wiekiemwydajność tych mechanizmów nerwowych, które przetwarzają aktywność ruchową. Również w grupie kontrolnej, w oparciu o to, które strefy są aktywowane u osób starszych iu młodych, aktywnie działa pamięć ruchowa u tych ostatnich.
Pamięć motoryczna to sposób, w jaki mózg zapamiętujeróżne ruchy. I zamiast za każdym razem wykonywać ruch od nowa, czerpie zasób z pamięci ruchowej, a to pozwala mu szybciej reagować. Sportowcy mają bardzo rozwiniętą pamięć motoryczną, ponieważ trenują szybkość reakcji i zdolności motoryczne.
Starsi ludzie tego nie mają – pamięci motorycznejdziała gorzej, dlatego każdy ruch należy wykonać od nowa. Z tego powodu zmniejsza się szybkość reakcji motorycznej i nasilenie desynchronizacji, które pełnią funkcję markera aktywności motorycznej.
Dwa rodzaje starzenia
Istnieje opinia, że dla osób starszych, chorobyChoroba Alzheimera i demencja są normalne. Z jakiegoś powodu uważa się, że z wiekiem rozwijają się, że nie ma w tym nic patologicznego. Ale tak nie jest - nie bez powodu nazywane są neurodegeneracyjnymi.
Z normalnym starzeniem się objętość bieli zmniejsza się iszare komórki. Ale zmniejsza się w rozsądny sposób i nie tak dramatycznie jak w chorobie Alzheimera. Ta choroba ma druzgocące konsekwencje dla mózgu: praktycznie nie ma istoty szarej, a objętość istoty białej zmniejsza się. Niestety obecnie nie ma strategii leczenia chorób neurodegeneracyjnych. Pilnym zadaniem jest teraz opracowanie metod wczesnego wykrywania objawów tych chorób.
Czytaj więcej:
Zhakowany sygnał Starlink, który ma być używany jako alternatywa dla GPS
NASA ujawniła pochodzenie Haumei - najbardziej tajemniczej planety w Układzie Słonecznym
Fizycy łamią standardową granicę kwantową za pomocą „horroru kwantowego”