Čo sa stane s mozgom o 30, 40 a 70 rokov
Naša práca sa týka typov mozgovej aktivity, ale zameranie je moje
Ťažiskom nášho výskumu bol vekrozdiely sú v aktivite vo fungovaní mozgu u mladých a starších jedincov. Táto téma je dôležitá z dôvodu neurodegeneratívnych ochorení spojených so starnutím (Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba, demencia). Neexistuje žiadna liečba ako taká, ale je veľmi dôležité včas identifikovať ochorenie a začať s rehabilitáciou.
Ako starneme, mozog toho veľa podstupuje.zmeny, ako celé telo. Môžu byť štrukturálne aj funkčné. Štrukturálne sú zmeny vo fungovaní orgánu. Mení sa aj plasticita mozgu – vďaka tomu sa učíme, získavame nielen vedomosti, ale aj motorické zručnosti. Táto vlastnosť tiež časom trpí a ovplyvňuje motorické aj kognitívne funkcie.
Ako mozog u starších ľudí kompenzuje starnutie orgánov
Mozog je orgán zložený z viacerýchakcií. Motorická kôra obsahuje najcennejšie informácie o tom, ako spracováva pohyby. Preto podľa signálov elektrickej aktivity mozgu, presne odobraných z motorickej kôry, je možné získať množstvo výsledkov, identifikovať vzory spojené s pohybom. Každá z týchto oblastí je zodpovedná za niečo iné a pohyby sa nespracovávajú len v motorickej kôre, ale v závislosti od veku zahŕňajú aj iné oblasti.
"Mozog je orgán, ktorý pozostáva z niekoľkých lalokov"
Elektrina sa odoberá z neurónov – sú teda navzájomkomunikovať s priateľom. Prenáša sa cez spojenia s inými neurónmi a vytvára vzor. Existujú aj štúdie chemických zlúčenín, ktoré sa vyskytujú medzi neurónmi, možno ich tiež študovať.
Štrukturálne zmeny v mozgu súvisia s objemombielej a šedej hmoty. Šedá je substancia mozgu, ktorá pozostáva z tela neurónov. Toto je vonkajší obal mozgu, biela hmota je väčšinou vo vnútri a je pokrytá šedou hmotou. V bielej hmote nie sú neuróny, ale medzi neurónmi existujú spojenia – synapsie.
Na funkčnej magnetickej rezonanciiV mozgu zdravého staršieho pacienta a pacienta s Alzheimerovou chorobou môžete vidieť stupeň straty šedej hmoty s vekom - to je normálne. Ale pri Alzheimerovej chorobe je veľa červených oblastí. To znamená stratu šedej hmoty o viac ako 4%, čo je oveľa viac ako pri bežnom starnutí. Sivá hmota obsahuje neuróny, takže mozog nemôže fungovať tak, ako predtým. A u starších pacientov straty nepresahujú 2% - to je v normálnom rozmedzí.
Biela hmota obsahuje synapsienie sú v nej neuróny, ale vekom tiež ubúda na objeme. Na skenoch 25-ročného a 75-ročného muža biele plochy naznačujú stratu bielej hmoty - častejšie sa strácajú v dôsledku starnutia. Ide o normálny proces, pri ktorom sa mozog prepája.
Skenovanie muža vo veku 25 a 75 rokov
Keď hovoríme o funkčných zmenách, majúvzhľadom na zmeny v sieťových štruktúrach, ktoré sa tvoria v mozgu. Sieťovú štruktúru možno vybudovať a zistiť analýzou elektrickej aktivity mozgu, čo práve robíme. Hlavným znakom starnutia je úpadok alebo pokles počtu pripojení, ale zároveň dochádza k nárastu prepojení medzi rôznymi sieťami. Takže mozog chce kompenzovať stratu spojenia, aby si zachoval svoju funkčnosť. Toto sa nazýva kompenzačná funkcia.
Na sieti funkčných spojení medzi mladými a starýmiu človeka bez závažných neurologických ochorení je rozdiel okamžite viditeľný. U mladých ľudí sieť funkčných spojení tvoria štyri veľké klastre. Zároveň sa siete vekom rozpadávajú, spojenia v rámci každej siete sú slabšie, čo vedie k rozpadu siete na niekoľko podsietí. Prepojenia medzi sieťami sú však oveľa silnejšie ako u mladých ľudí. Toto je práve ilustrácia kompenzačného mechanizmu.
Funkčné zmeny v mozgu dvoch pacientov
Ako sa vyšetruje mozog
Máme experimentálne laboratórium založené nana ktorých vykonávame experimenty so záznamom elektroencefalografických signálov v rôznych skupinách subjektov. Môžu byť napísané na rôzne účely, ale budem hovoriť o motorických funkciách.
Uzáver uľahčuje vkladanie elektród, ktoréčítať signály z rôznych oblastí mozgu. Červené štvorce a kruhy zvýrazňujú tie kanály, ktoré vstupujú do senzomotorickej oblasti. Nesú najvýznamnejšie informácie o tom, ako je mozog aktivovaný v čase pohybu. Motorická aktivita je zároveň veľmi voľný pojem, nejde len o vykonávanie pohybov, ale aj o ich plánovanie.
Ako sa meria elektrická aktivita mozgu?
Vzory týchto typov činností sú dosť podobné, ale je potrebné ich vedieť rozlíšiť. Preto sa zaoberáme vytvorením dobrého klasifikátora a rozhrania mozog-počítač.
V experimentoch píšeme záznam na pozadí, taktonazývané záznamy pokojového stavu, pri ktorých človek pokojne sedí so založenými rukami. Má otvorené oči, počúva hudbu a prosíme vás, aby ste na nič konkrétne nemysleli, aby na záznamoch elektroencefalogramu neboli žiadne zvuky.
Vstup do pokojového stavu
Na zázname elektroencefalogramu čísla znamenajú, vv ktorej časti mozgu sa nachádzajú. C3 je ľavá hemisféra, C4 je pravá hemisféra. Známy je vplyv na kontralaterálnosť pohybovej aktivity – ak pohnete ľavou rukou, aktivuje sa pravá hemisféra a naopak. Preto je dôležité napísať kompletnú dohodu.
Záznam elektroencefalogramu
V časovej osi od 0 do 40 sekúnd sú zvýraznené tri signályúlomky, kde človek robil pohyby – stláčanie a uvoľňovanie ruky. Na nespracovaných signáloch nie je nič viditeľné. Preto je potrebné aplikovať metódy analýzy signálu a jednou z najklasickejších metód je časovo-frekvenčná analýza.
Časovo-frekvenčná analýza
Svetlý obraz je povrch, ktorý obsahujeinformácie o energiách každého frekvenčného rozsahu. Hore je fragment signálu EEG, červená zvislá čiara označuje okamih, kedy zvukový signál prešiel - po ňom osoba urobila pohyb. Zelený pruh na povrchu zodpovedá alfa rytmu. Zmerali sme povrch a vypočítali sme, že zelený pruh je približne v rozsahu od 8 do 14 hertzov, čo zodpovedá alfa rytmom.
Alfa rytmus je základný rytmus mozguktorá je zodpovedná za veľké množstvo úloh. V rámci pohybovej aktivity nesie aj veľmi veľké množstvo informácií o tom, ako sa mozog vyrovnáva s našimi pohybmi. Napríklad je známe, že keď človek urobí pohyb, alfa rytmus stráca energiu a tomu sa hovorí desynchronizácia alfa rytmu.
Vekové rozdiely
Obrázok, kde sú prezentované dve krivky, sú priemerné energie alfa rytmu. Zelená čiara predstavuje mladých ľudí vo veku od 18 do 35 rokov, červený pás označuje starších ľudí vo veku približne 55 – 70 rokov.
Na ľavej strane nie je rozdiel zvlášť zreteľný, aleak sa pozriete na pravú ruku, môžete vidieť, že alfa rytmus po signáli, ktorý je na nule, spadá do oboch skupín, energia klesá, dochádza k desynchronizácii.
Časovo-frekvenčná analýza
Ale u mladých predmetov táto desynchronizáciatrvá až do konca pohybu a alfa rytmus sa obnoví po tom, čo človek otvorí ruku. U starších jedincov sa alfa rytmus začne vracať na nulu krátko po zovretí ruky.
Je možné merať, vyhodnocovať vekové rozdiely ainač. Napríklad rýchlosť motorickej reakcie. Často sa hovorí, že starí ľudia majú zníženú rýchlosť reakcie, pohybu, reakcie a koordinácie. Ale ako sa to stane?
Reakčný čas je rýchlosť neurónov vo vašej hlave.začnú sa aktivovať po tom, čo osoba urobí pohyb. Merali sme to u mladých ľudí a u starších subjektov. Červené štvorce označujú pohyb, reakčný čas pre staršie subjekty. Modrá farba - pre mladých ľudí. Ukázalo sa, že u starších ľudí je reakčný čas vždy dlhší ako u mladých ľudí pre ľavú aj pravú ruku. A u mladých jedincov je reakčný čas na pravej ruke oveľa nižší ako reakčný čas na ľavej ruke. A je to logické, pretože v našej vzorke sú len praváci.
Pozorujeme aj plasticitu zručnosti:čím viac je motorika trénovaná, tým rýchlejšie s vekom degraduje. Zručnosť ľavej ruky pravákov nie je nijak zvlášť trénovaná, takže degradácia je pomalá a zručnosť pravej ruky ho dobieha. To vedie k vekovej obojručnosti, rovnomernému rozvoju funkcií oboch rúk. Pravda, v prípade starších ľudí to, žiaľ, znamená, že sú rovnako zlí v pohybe vpravo aj vľavo.
Na fotografii nižšie je modrý obrázok prepojenia medzi nimirôznych kanálov, sú silnejšie u mladých ľudí ako u starších ľudí. Na červenom obrázku sú spojenia, ktoré sú u starších ľudí silnejšie ako u mladých – a vidíte, že sú rôzne. U mladších ľudí sú spojenia silnejšie v okcipito-parietálnej, frontálnej a strednej línii.
Sieť funkčných spojení dvoch orgánov
U starších ľudí sa hlavná činnosť posúva dopredu,vo frontálnej parietálnej zóne, obojstranný temporálny lalok. Tento záver možno vyvodiť z analýzy elektroencefalogramu zaznamenaného v okamihu pred začiatkom pohybu po signáli, v intervale, keď signál zaznel, a osoba ešte nezačala hýbať rukou. Tento segment obsahuje množstvo dôležitých informácií o plánovaní pohybu a reakcii na signál.
Poraziť Alzheimera
Môžeme konštatovať, že s vekom klesáúčinnosť týchto nervových mechanizmov, ktoré spracúvajú motorickú aktivitu. Aj v kontrolnej skupine, na základe ktorej sa aktivujú zóny u starších a u mladých, u tých druhých aktívne pracuje motorická pamäť.
Motorická pamäť je spôsob, akým si mozog pamätárôzne pohyby. A namiesto toho, aby zakaždým vykonával pohyb odznova, čerpá zdroj z pamäte motora, čo mu umožňuje rýchlejšie reagovať. Športovci majú veľmi vyvinutú motorickú pamäť, pretože trénujú rýchlosť reakcie a motoriku.
Starší ľudia túto motorickú pamäť nemajúfunguje horšie, takže každý pohyb je potrebné vykonať znova. Vďaka tomu klesá rýchlosť motorickej reakcie a závažnosť desynchronizácie, ktorá pôsobí ako marker motorickej aktivity.
Dva typy starnutia
Existuje názor, že pre starších ľudí chorobyAlzheimerova choroba a demencia sú normálne. Z nejakého dôvodu sa verí, že s vekom sa vyvíjajú, že v tom nie je nič patologické. Ale nie je to tak - z nejakého dôvodu sa nazývajú neurodegeneratívne.
Pri normálnom starnutí sa objem bielej zmenšuje ašedá hmota. Ale klesá zvládnuteľným spôsobom a nie tak dramaticky ako pri Alzheimerovej chorobe. Toto ochorenie má pre mozog ničivé následky: prakticky neexistuje žiadna šedá hmota a objem bielej hmoty sa znižuje. Bohužiaľ, v súčasnosti neexistujú žiadne stratégie na liečbu neurodegeneratívnych ochorení. Naliehavou úlohou je teraz vývoj metód na včasnú detekciu príznakov týchto chorôb.
Čítaj viac:
Signál Starlink bol hacknutý, aby sa dal použiť ako alternatíva k GPS
NASA odhalila pôvod Haumea – najzáhadnejšej planéty slnečnej sústavy
Fyzici prelomili štandardný kvantový limit „kvantovým hororom“