Sok mindent megmagyaráz: agyunk négy drámai változáson megy át 0 és 90 éves korunk között

Friss kutatás szerint agyunk „huzalozása” négy fontos fordulóponton megy keresztül: 9, 32, 66 és végül 83 éves korban. Ezek nem csak tanulási képességeinket befolyásolhatják, hanem bizonyos betegségek kockázatát is.

Fotó: Matthias Tunger Forrás: Digital Vision

Agyműködésünk életünk során korántsem statikus. Azt már eddig is tudtuk, hogy tanulási képességünk és a szellemi (kognitív) hanyatlásunk kockázata újszülött kortól 90-es éveinkig folyamatosan változik. Most a tudósok talán megtalálták az okát annak, miért történik mindez:

agyi hálózatunk négy fő fordulóponton megy keresztül 9, 32, 66 és 83 éves korunkban.

Korábbi kutatások szerint testünk három gyors öregedési szakaszon megy keresztül 40, 60 és 80 éves kor körül. Az agy összetettsége azonban megnehezítette, hogy az ott zajló folyamatokat is hasonlóan feltérképezzék.

Az agy különálló régiókból áll, amelyek a fehérállományi pályákon keresztül kommunikálnak egymással. Ezek a pályák leginkább az elektromos kábelekhez hasonlíthatók: idegsejtekből (neuronokból) kiinduló hosszú nyúlványokból, úgynevezett axonokból állnak. Ezek a kapcsolatok határozzák meg kognitív képességeinket, például a memóriánkat. Azt azonban eddig nem tudtuk, hogy vajon ezekben a „kábelekben” és kapcsolatokban bekövetkeznek-e jelentős, rendszerszintű változások az élet során.

„Senki sem kombinált egyszerre ennyi különböző mérőszámot – például az idegrostok szigetelését vagy sűrűségét – az agyi huzalozás fázisainak ilyen szintű jellemzésére” – mondja Alexa Mousley,  a Cambridge-i Egyetem kutatója a New Scientist-nek.

Mousley és kollégái tegnap közzétett tanulmányukban 3800 ember agyi MRI-vizsgálatát elemzik. Alanyaik az Egyesült Királyságban és Amerikában élő, többségükben fehér bőrű emberek voltak, életkoruk újszülöttől 90 éves korig terjedt. Ezeket a felvételeket korábban különféle agyi képalkotó projektek részeként készítették, amelyek többségéből szándékosan kizárták a neurodegeneratív betegséggel vagy mentális problémákkal küzdő embereket, hogy az „egészséges” agyat vizsgálhassák.

A Nature Communications alábbi képén látható az agyi struktúraváltások pályamodellje. A színes pontok az egyéneket jelölik az életkor függvényében (lilától sárgáig). A jobb alsó C panelen látható csúcsok (piros X-ek) azonosítják a négy biológiai fordulópontot, ahol az agy huzalozása a leginkább megváltozik:

Forrás: Nature Communications

A kutatók azt találták, hogy akik megérik a 90 éves kort, azoknak az agyi huzalozása általában öt fő fázison megy keresztül, amelyeket négy kulcsfontosságú fordulópont választ el egymástól.

A kapcsolatok széles skáláján

Az első fázisban, amely a születés és 9 éves kor között zajlik, az agyterületek közötti fehérállomány-pályák szerkezete még gyorsan változik, gyakran hosszabbnak vagy tekervényesebbnek tűnnek a felvételeken, ami kevésbé hatékony működést jelez. „Ilyenkor az információáramlás a régiók között még több időt vesz igénybe” – magyarázza Mousley.

Ennek az lehet az oka, hogy csecsemőkorban agyunk még túlságosan is tele van kapcsolatokkal. Ahogy azonban növekszünk és tapasztalatokat szerzünk, a már nem használt kapcsolatok fokozatosan leépülnek (ezt hívják szinaptikus ritkításnak vagy metszésnek). Úgy tűnik, ebben a korban az agy prioritása még a kapcsolatok minél szélesebb skálájának kialakítása – ami hasznos például olyan új dolgok tanulásakor, mint a zongorázás –, de ez a sokszínűség akkor még a hatékonyság rovására megy – mondja Mousley.

A második fázisban, 9 és 32 éves kor között azonban ez a minta megfordulni látszik, amit vélhetően a pubertáskor kezdete és az agy fejlődését befolyásoló hormonális változások indítanak be – magyarázza Mousley. „Hirtelen növelni kezdi az agy a kapcsolatok hatékonyságát – a pályák optimálisabbá válnak, az információ gyorsabban juthat el egyik helyről a másikra.”

Ez a folyamat támogathatja az olyan összetett készségek fejlődését, mint a tervezés és a döntéshozatal, valamint a kognitív teljesítmény, például a munkamemória javulását.

A következő, a harmadik fázis a leghosszabb: 32-től 66 éves korunkig tart. „Ez az életünknek az a szakasza, mikor az agy még mindig változik, de a tempó sokkal lassabb” – mondja Mousley. Pontosabban, az agyterületek közötti távolsági kapcsolatok ekkor kezdenek fokozatosan veszíteni a hatékonyságukból.

„Nem teljesen világos, hogy pontosan mi okozza ezt az eltolódást, de a 30-as évek számos jelentős életmódbeli változással járnak – például gyerekvállalás, letelepedés –, így ezeknek is lehet szerepe” – teszi hozzá Mousley. De az is lehet, hogy egyszerűen a test és a szervezet általános elhasználódásáról van szó – véli Katya Rubia, a londoni King’s College kutatója.

Negyedik fázisban, 66 és 83 éves kor között a kutatók azt tapasztalták, hogy a helyi, azaz az ugyanazon agyterületen belüli neuronok közötti kapcsolatok stabilabbnak tűnnek, mint a távoli, különböző területeket összekötő kapcsolatoké. „Ez azért érdekes, mert hiszen éppen ebben az időszakban növekszik meg drasztikusan a demencia és más általános egészségügyi problémák kialakulásának kockázata” – jegyzi meg Mousley.

Az utolsó, ötödik fázisban, 83 és 90 éves kor között, az agyterületek közötti kapcsolatok tovább gyengülnek, az információáramlás egyre inkább néhány kiemelt „központi csomóponton” (hub-on) halad keresztül, amelyek sok területet kötnek össze. „Ez arra utal, hogy ebben a fázisban már kevesebb erőforrás áll rendelkezésre a teljes hálózat fenntartásához, ezért az agy a túlélés érdekében arra kényszerül, hogy bizonyos régiókat központi elosztóként használjon” – mondja Mousley.

Sok mindent megmagyaráz

Az ilyen agyi változások megértése segíthet megmagyarázni, hogy a mentális egészségügyi problémák miért jelentkeznek általában 25 éves kor előtt, amikor az agy még nagyban átrendeződik, és miért vannak különösen kitéve a 65 év felettiek a demencia kockázatának.

„Fontos megértenünk az agy szerkezetének normális, egészséges fordulópontjait az emberi élet során. Csak így tárhatjuk fel a jövőbeli tanulmányokban, hogy mi számít eltérésnek a mentális betegségek vagy a neurodegeneratív állapotok esetén” – mondja Rubia. „Ha megértjük az eltérések okait, az segíthet meghatározni az új kezelési módokat is. Például kiderülhet, hogy mely környezeti tényezők vagy vegyi anyagok okozzák a kóros változásokat, és terápiával vagy gyógyszerekkel talán vissza is fordíthatjuk azokat.”