衰老是如何改变脑细胞维持记忆能力的？
衰老是如何改变脑细胞维持记忆能力的？
Via：Pixabay
新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University, 简称NTU Singapore）的一个科学家团队已经证明，记忆编码神经元（大脑中负责维持工作记忆的神经细胞）之间的联结会随着年龄的增长而中断，这这种情况可能从中年开始。
这项研究的结果发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，为人类思维的衰老过程提供了新的见解，并为保持老年人心理健康的疗法铺平了道路。
长期以来，科学家们持续的研究着衰老对大脑执行功能的影响，比如自控能力和工作记忆的下降。虽然众所周知，随着年龄的增长，记忆力会恶化，但直到现在，人们还不清楚个体大脑神经元水平上发生了什么变化从而导致了这种情况。
之前的研究使用的是来自死亡对象的神经细胞，但李光前医学院(Lee Kong Chian School of Medicine，简称LKC Medicine)的研究小组测量了活体小鼠中单个神经细胞的实时活动。为了进行这些测量，该团队采用了最近推出的光学成像技术，通过测量工作记忆背景下每个神经元的神经活动，使他们能够了解每个神经元的功能。
在实验室实验中，NTU的科学家们研究了三个不同年龄组(年轻、中年和老年)小鼠的神经元对需要记忆的任务的反应。
研究人员表明，与年轻老鼠相比，中年和老年老鼠需要更多的训练来学习新任务，这表明从中年开始，记忆力和学习能力有所下降。但除此之外，他们还发现了老年小鼠神经细胞的变化。
神经元之间的联系随着年龄的增长而减弱
利用先进的光学技术(钙成像和光遗传操作)，研究人员可以观察多个单独的神经元并操纵它们的活动，NTU的研究小组发现，在年轻的老鼠大脑的一个部分，前额叶皮层，神经元显示出强大的记忆编码能力。然而，由于神经元之间的连接减弱，这种保持记忆的能力在中老年小鼠中减弱，这导致小鼠需要更长的时间来回忆和执行任务。
虽然科学家们知道神经元之间的连接对于存储记忆至关重要，但之前从未有在活体大脑中通过实验证明，衰老的脑细胞变化是如何导致连接减弱的。
因此，研究结果表明，加强神经细胞之间削弱的连接，例如通过记忆训练活动，可以帮助推迟人们随着年龄的增长而恶化的工作记忆。
NTU LKCMedicine的首席研究员兼助理教授Tsukasa Kamigaki说:“我们的研究强调了前额皮质中负责编码记忆的神经元之间的联系显著减少，这是与年龄相关的工作记忆衰退的关键因素，这是一个直到现在才被广泛理解的神经学过程。这一研究发现为主动干预可以改善神经元通讯提供了更多支持性证据。干预的例子包括生活方式的改变，如认知训练和定期锻炼。这些活动可以潜在地减轻认知衰老的影响，并随着年龄的增长增强人们的整体认知健康。”
前额叶皮质位置
记忆力下降可能始于中年
进一步的实验还表明，神经细胞之间的连接减弱导致了早在中年时前额叶皮层的神经回路不稳定，这进一步会导致记忆力下降。
NTU团队实验中使用了光遗传技术。这是一种在神经元中使用基因工程光敏离子通道的方法，可以通过光刺激控制神经元活动短暂关闭大脑中的神经元一到两秒钟。使用该技术发现中年小鼠的工作记忆回路对神经活动的短暂中断特别敏感。
研究联合第一作者兼LKCMedicine研究助理Huee Ru Chong说：“我们为期四年的研究表明，前额叶回路的持续功能对记忆任务至关重要。大脑回路从中年开始就显示出退化的迹象，这一事实凸显了尽早采取临床策略来保护我们心理健康的必要性。”
联合第一作者兼LKCMedicine研究员Yadollah Ranjbar-Slamloo博士说：“我们发现老鼠的前额叶皮层在记忆事物时非常活跃，就像人类一样。这一发现表明，老鼠可能是研究记忆如何运作及其衰老过程的一个很好的模型。因此，我们的研究结果表明，就像在老鼠身上发现的一样，随着年龄的增长，我们的大脑可能会开始退化。”
Nagaendran Kandiah是LKCMedicine的副教授，并担任新加坡国立大学医院(Singapore's National University Hospital)和新加坡邱德拔医院(Khoo Teck Puat Hospital)的客座高级神经科医师顾问。他并没有参与这项研究，他说: “在人类中，前额叶皮层在组织、保留和恢复记忆方面发挥着关键作用。NTU团队这一令人兴奋的发现为与衰老相关的前额叶皮层的特定神经变化提供了见解。这些新知识在设计认知干预措施以延缓与年龄相关的记忆力下降方面将具有巨大的临床意义。”
杜克新加坡国立大学医学院(Duke-NUS Medical School)神经科学和行为障碍项目助理教授Jun Nishiyama博士作为独立专家评论说：“众所周知，大脑性能会随着年龄的增长而下降，但其根本原因仍然不得而知。NTU的这项开创性研究为与年龄相关的工作记忆下降提供了关键的神经学见解，强调了从中年开始小鼠前额叶皮层的神经元连接减少。这项研究强调了早期战略干预对抗认知衰退的重要性，为未来的老龄化研究和大脑健康维护提供了一个重要的框架。”
该项目的下一步是调查中年期发生的更多大脑神经变化，以了解主动干预如何增强不同大脑区域之间的沟通。
Via：Giphy
参考文献（点击滑动查看）
1.Toren, I., Aberg, K.C. & Paz, R. Prediction errors bidirectionally bias time perception. Nat Neurosci 23, 1198–1202 (2020). https://doi.org/10.1038/s41593-020-0698-3
2.Soares, S., Atallah, B. V., & Paton, J. J. (2016). Midbrain dopamine neurons control judgment of time. Science, 354(6317), 1273-1277.
3.Mikhael, J. G., & Gershman, S. J. (2019). Adapting the flow of time with dopamine. Journal of neurophysiology, 121(5), 1748-1760.
4．Hayashi, M. J., & Ivry, R. B. (2020). Duration Selectivity in Right Parietal Cortex Reflects the Subjective Experience of Time. Journal of Neuroscience, 40(40), 7749-7758.