УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2015, том 46, № 2, с. 3-16
УДК 612.8+612.67
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТАРЕНИЯ МОЗГА И СПОСОБЫ АКТИВАЦИИ ЕГО КОМПЕНСАТОРНЫХ РЕСУРСОВ
© 2015 г. О. М. Разумникова
ФБГУ "НИИ физиологии и фундаментальной медицины " СО РАМН, Новосибирск
В обзоре представлены современные знания о механизмах старения мозга и о возрастных нарушениях архитектуры и функций нейронных систем мозга. Описаны компенсаторные ресурсы мозга и способы его когнитивной тренировки, влияющие на сохранность и развитие интеллектуальных функций. Показано значение образа жизни в динамике старения мозга.
Ключевые слова: старение мозга, когнитивные функции, компенсаторные ресурсы мозга, физическая и социальная активность.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТАРЕНИЯ МОЗГА
Интерес к изучению закономерностей старения мозга связан с непрерывно увеличивающейся популяцией пожилых людей в мире: если в 2009 численность людей старше 65 лет составляла 15% то к 2039 ожидается ее рост до 26%, при этом соотношение пожилых людей и тех, кто занят на производстве, будет изменяться соответственно с 25 до 49% [22]. Постарение населения сопровождается снижением качества жизни за счет ослабления когнитивной и физической активности и повышения вероятности развития хронических заболеваний, приводящих к смерти: сердечнососудистых, онкологических, диабета, болезни Альцгеймера и др. К середине столетия ожидается увеличение людей с болезнью Альцгеймера до 106 миллионов [72]. Другая значимая причина старческой деменции - васкулярные нарушения.
Пластичность нейронных систем мозга, их способность обучаться и изменяться - это та основа, которая обеспечивает приспособление к постоянно изменяющимся и самым разнообразным условиям жизни человека. Изучение механизмов старения мозга и способов коррекции возрастных изменений его функций особенно актуально для экономически развитых стран, где наблюдается рост продолжительности жизни населения и соответственно постарение населения. Несмотря на ряд стабильно выраженных деструктивных эффектов в пожилом возрасте: увеличение времени реакции, снижение кратковременной памяти и когнитивной гибкости, ослабление тормозных процессов и связанных с ними нарушений в пла-
нировании поведения и исполнительных функциях - отмечается довольно широкий индивидуальный диапазон таких изменений. Установлено, что с возрастом происходит формирование компенсаторных процессов в мозге, позволяющих обеспечить успешную адаптацию и достаточно высокое качество жизни пожилых людей. Наряду с генетическим фактором, определяющим особенности старения мозга и организации когнитивных функций, значительный вклад в эти процессы вносит средовой фактор: уровень образования, профессиональная занятость и образ жизни, в том числе активная интеллектуальная, социальная и физическая активность, а также целенаправленная когнитивная тренировка. В данном обзоре описаны современные представления о механизмах изменений функций мозга, которые определяют динамику смещения "успешное" - патологическое старение; выделены основные факторы, которые следует учитывать для прогнозирования персонализированной траектории "успешного" старения.
Особенности изменений когнитивных функций в пожилом возрасте
В ходе изучения возрастных изменений когнитивных функций установлено снижение скорости обработки информации, ограничение зрительного поля и снижение эффективности восприятия зрительной информации в условиях распределенного внимания, снижение объема рабочей памяти, дефицит тормозных процессов и способности контроля селекции иррелевантной информации, недостаток когнитивной гибкости. Однако диа-
пазон таких когнитивных изменений с возрастом достаточно широк и обусловлен индивидуальными особенностями образа жизни и пластичностью мозга, адаптирующегося к окружающей среде [49].
В качестве основных гипотез, лежащих в основе объяснения возрастных изменений когнитивных функций, разрабатываются гипотезы "лобного старения" [104], "дефицита торможения" [46] или когнитивного старения, основанного на нарушениях функциональных нейронных сетей [41]. Так как динамика возрастных изменений в когнитивных функциях и поведении существенно различается, вводится понятие "успешное" старение для тех людей, которые демонстрируют относительное постоянство характеристик когнитивных функций, успешную социальную интеграцию и активную жизненную позицию [108]. Поиск информативных маркеров состояния их мозга представляет актуальную проблему современной нейрофизиологии, так как идентификация таких маркеров успешного старения позволяет не только понять механизмы индивидуального разнообразия возрастной динамики когнитивных функций и состояния здоровья, но и разработать стратегии сохранения оптимального качества жизни и предотвращения или задержки разрушения когнитивного статуса в преклонном возрасте.
Возрастные изменения в процессах восприятия и селекции информации
Хорошо известны связанные со старением изменения в эффективности деятельности сенсорных систем мозга: ослабление остроты зрения, слуха и обоняния и развитие дальнозоркости или тугоухости. Замедление обработки информации в центральной нервной системе приводит к снижению времени восприятия стимулов разной модальности, принятия решения и формирования моторной реакции, особенно сильно этот эффект выражен, если требуется обработать большой объем информации [80, 81].
При старении происходят атрофия нервной ткани и перераспределение функциональной активности в структурах мозга. Снижается скорость кровотока и метаболизма в клетках мозга, что приводит к замедлению мыслительных процессов, а ускоренные темпы развития этих процессов приводят - к патологическим состояниям мозга, таким как болезнь Альцгеймера или умеренные когнитивные нарушения [45].
Возрастная атрофия мозга неравномерно представлена в его разных отделах. Особенно чув-
ствительны к повреждающим внешним факторам нейроны гиппокампа - их гибель отмечается и в ситуации эмоционального стресса, и при воздействии гипоксии [79]. Ухудшение памяти при старении в значительной степени обусловлены этими особенностями повреждения гиппокампа. Заметные возрастные изменения отмечены и в коре головного мозга, особенно в ее передней части [50]. Чем больше выражена атрофия нервных клеток в лобных отделах мозга, тем хуже способность к решению ежедневных проблем и качество жизни пожилого человека.
Так как процессы восприятия, селекции и запоминания информации требуют координации функциональных систем мозга, то возрастные дисфункции когнитивных процессов связывают с нарушением этой координации и степени интеграции белого вещества мозга [10]. Исследования последних лет с использованием показателей фракционной анизотропии и диффузности показали возрастные изменения организации белого вещества мозга. Чем сильнее представлено нарушение интеграции белого вещества, тем больше снижение показателей когнитивной деятельности с увеличением возраста [9, 60, 65, 84]. Повреждение белого вещества особенно выражено в передней части мозга и в мозолистом теле [35]. Преимущественно миелинизированные нервные волокна мозолистого тела осуществляют передачу информации между полушариями и ее интеграцию за счет согласованной регуляции процессов возбуждения и торможения в гомологичных участках коры двух полушарий. Больший размер и лучшая микроструктура мозолистого тела обеспечивают лучшее выполнение сенсомоторных реакций у пожилых людей.
Возникающие при старении нейродегенера-тивные заболевания обусловлены разрушением функциональных нейронных систем в разных отделах мозга, как это показано на рис. 1: при болезни Альцгеймера в первую очередь страдает гиппокамп, болезнь Паркинсона возникает при разрушении черной субстанции (субстанции нигра), болезнь Гантингтона связывают с поражением стриатума, а инсульт часто возникает при окклюзии артерий в передней части мозга [76].
Возрастное снижение скорости информационных процессов рассматривают как предиктор степени нарушения когнитивных функций при старении [82, 83]. Это замедление может быть следствием изменений в связях нейронных систем мозга и/или потерей миелинизации нервных волокон, ведущей к замедлению передачи нервного импульса и, как следствие, к замедлению информа-
ционных процессов [16, 30]. Снижение скорости ментальных процессов рассматривается как основной фактор в изменении уровня и структуры интеллекта с возрастом, так называемой ее "де-дифференциации", т.е. более тесной связи между разными когнитивными способностями [48]. Более информативным показателем возрастных изменений функций мозга при старении предлагается считать не время реакции (ВР), а интраин-дивидуальную вариабельность ВР. Установлено повышение этого показателя при старении, особенно сильно данный эффект выражен в случае выполнения сложных когнитивных заданий [12]. Нарастание показателя вариабельности ВР отмечается при поражении серого вещества мозга, в частности в его лобных областях [96]. Установлена также связь объема белого вещества мозга с нестабильностью времени реакции, объем серого вещества в этом случае коррелировал с показателем времени реакции [101]. Подтверждение положительной связи объема белого вещества и интраиндивидуальной вариабельности ВР получено недавно с использованием разных заданий для определения характеристик внимания [51]. Большему объему белого вещества, в том числе в нижней теменной области коры головного мозга, соответствовала более быстрая реакция.
Скорость атрофических и компенсаторных процессов зависит от целого ряда факторов:
• генетического фактора
• когнитивных нагрузок
• эмоционального стресса
• питания
• физической активности
• социально-культурной среды
На поведенческом уровне возрастные изменения в функциях мозга отражаются в уровне когнитивных резервов. Показателями таких резервов считают годы образования, степень грамотности, сложность профессиональной деятельности, уровень интеллекта, социально-экономический статус и степень ментальной, социальной и физической активности в свободное время. Эти особенности образа жизни рассматриваются как основные факторы сохранения интеллектуальных способнос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.