สมองมีอายุเป็นชั้นๆ โดยชั้น "เข้า" ของคอร์เทกซ์รับความรู้สึกจะหนาขึ้น ในขณะที่ชั้นลึกจะบางลง

บทความวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Neuroscienceแสดงให้เห็นว่าอายุที่มากขึ้นส่งผลต่อชั้นต่างๆ ของคอร์เทกซ์รับความรู้สึกแตกต่างกันอย่างไรในมนุษย์และหนู ในผู้สูงอายุ ชั้น “เข้า” IV จะหนาขึ้นและมีไมอีลินมากขึ้น ในขณะที่ชั้นลึก (V–VI) จะบางลง แม้ว่าโดยรวมแล้วไมอีลินจะเพิ่มขึ้นก็ตาม ในการทดลองเนื้อเยื่อและแคลเซียมในหนู กิจกรรมของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกเพิ่มขึ้นตามอายุ และความหนาแน่นของอินเตอร์นิวรอน PV ซึ่งน่าจะเป็น “ตัวชดเชย” สำหรับการรักษาสมดุลของการกระตุ้น/การยับยั้ง ก็เพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง คอร์เทกซ์จะเสื่อมสภาพลงไม่ใช่แบบสม่ำเสมอ แต่เสื่อมลงเป็นชั้นๆ

พื้นหลัง

• สิ่งที่มักคิดเกี่ยวกับความชราของสมองมักมีคนพูดว่า "เปลือกสมองจะบางลงตามอายุ" ซึ่งอธิบายได้ทุกอย่าง แต่นี่เป็นภาพรวมคร่าวๆ ของความหนาทั้งหมดของเปลือกสมอง โดยไม่คำนึงว่าเปลือกสมองเป็น "เค้กหลายชั้น" ที่มีหน้าที่แตกต่างกันในแต่ละชั้น
• สิ่งที่ยังไม่ชัดเจนคือ คอร์เทกซ์มีอายุขัยเท่ากันหรือไม่ หรือแต่ละชั้นมีเส้นทางของตัวเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในคอร์เทกซ์รับความรู้สึก ซึ่งชั้นที่สี่ (ชั้นที่สี่) รับอินพุตจากทาลามัส (หรือ “ช่องรับอินพุต”) และชั้นที่ลึกกว่าจะส่งคำสั่งไปยังปลายทาง งานวิจัยในช่วงแรกชี้ให้เห็นถึงการเลื่อนไปทีละชั้น แต่ข้อมูลมนุษย์โดยตรงที่มีความละเอียดสูงนั้นมีอยู่อย่างจำกัด
• ทำไมการศึกษาเรื่องนี้จึงง่ายกว่าในปัจจุบันวิธีการ 7-T MRI ที่มีการวิเคราะห์โครงสร้างและหน้าที่แบบชั้นต่อชั้น รวมถึงแผนที่ไมอีลินเชิงปริมาณ (qT1, QSM) ได้ปรากฏขึ้นแล้ว ซึ่งสามารถนำไปเปรียบเทียบกับการทดลองในหนูได้ ตั้งแต่การถ่ายภาพกิจกรรมของเซลล์ประสาทด้วย "แคลเซียม" สองโฟตอนไปจนถึงการตรวจทางจุลกายวิภาค การออกแบบ "มนุษย์ ↔ หนู" นี้ช่วยให้เราตรวจสอบได้ว่าการแก่ชราเกิดขึ้นเป็นชั้นๆ จริงหรือไม่ และไม่ได้เป็นเพียงการ "เฉลี่ย" ทั่วทั้งคอร์เทกซ์
• เบาะแสจากแบบจำลองในสัตว์ การตอบสนองทางประสาทสัมผัสมักเพิ่มขึ้นตามอายุ และอินเตอร์นิวรอนยับยั้งที่มีโปรตีนพาร์วัลบูมิน (PV) มักถูกเชื่อมต่อใหม่ ซึ่งเป็นเซลล์ “เบรก” ที่ป้องกันไม่ให้เครือข่าย “ถูกกระตุ้นมากเกินไป” หากความหนาแน่นหรือหน้าที่ของเครือข่ายเปลี่ยนแปลงไป เครือข่ายจะสามารถชดเชยการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณอินพุตที่เกี่ยวข้องกับอายุได้

พวกเขาทำอะไรกัน?

ทีมวิจัยจาก DZNE (เยอรมนี) มหาวิทยาลัย Magdeburg และ Tübingen และพันธมิตร ได้เปรียบเทียบกลุ่มคนอายุน้อยและสูงอายุโดยใช้เครื่อง MRI 7-T แบบสนามแม่เหล็กสูงพิเศษ โดยวัดความหนาของชั้น ไมอีลินพร็อกซี (qT1) และความไวต่อสนามแม่เหล็ก (QSM) รวมถึงการตอบสนองทางการทำงานต่อการกระตุ้นสัมผัสของนิ้วมือ ขณะเดียวกัน ได้มีการถ่ายภาพแคลเซียมสองโฟตอนในคอร์เทกซ์ของหนู และวิเคราะห์ไมอีลินหลังการตาย การออกแบบแบบ “สองภาษา” นี้ (มนุษย์ ↔ หนู) ทำให้เราสามารถเปรียบเทียบรูปแบบการแก่ชราในระดับชั้นได้

ผลการค้นพบที่สำคัญ - พูดแบบง่ายๆ

• ชั้นที่ 4 (ช่องสัญญาณอินพุต) มีขนาดใหญ่กว่าและมีไมอีลินมากกว่าในผู้สูงอายุ โดยมีสัญญาณอินพุตจากประสาทสัมผัสที่ขยายออกไป ชั้นที่ลึกกว่าจะบางกว่า แม้ว่าจะมีสัญญาณของไมอีลินที่มากขึ้นก็ตาม “ความหนาของเปลือกสมองโดยเฉลี่ย” ปกติจะบดบังการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันเหล่านี้ ดังนั้น ตัวชี้วัดเฉพาะชั้นจึงให้ข้อมูลมากกว่า
• “ขอบเขต” ของแผนที่นิ้ว (พื้นที่ที่มีไมอีลินต่ำระหว่างการแสดงนิ้ว) ได้รับการรักษาไว้ตามอายุ โดยไม่พบขอบเขตที่ชัดเจนในการเสื่อมสภาพ
• หนูแสดงการทำงานของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่มากขึ้น และมีความหนาแน่นของอินเตอร์นิวรอน PV (เซลล์ “เบรก”) ที่สูงขึ้นตามอายุ ซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นการชดเชยเพื่อป้องกันไม่ให้เครือข่าย “ทำงานผิดปกติ” ไมอีลินในคอร์เทกซ์ของหนูแสดงพลวัตที่เกี่ยวข้องกับอายุ รวมถึงการมีอายุมากขึ้นในวัยผู้ใหญ่และอายุที่ลดลง (เส้นโค้งรูปตัว U กลับหัว)

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

• ไม่ใช่ทุกอย่างจะเกี่ยวกับ "ความบาง" ใช่ โดยเฉลี่ยแล้ว เปลือกสมองจะบางกว่าในผู้สูงอายุ แต่ "ค่าเฉลี่ย" นี้ซ่อนกุญแจสำคัญไว้ นั่นคือ ชั้นต่างๆ เปลี่ยนแปลงไปไม่เหมือนกัน สำหรับการวินิจฉัยและวิทยาศาสตร์ การดูโปรไฟล์เป็นชั้นๆ จะให้ความแม่นยำมากกว่า ไม่ใช่แค่ความหนาโดยรวม
• ผลกระทบทางประสาทชีววิทยา การหนาตัวของชั้น IV/การสร้างไมอีลินและการยับยั้ง PV ที่เพิ่มขึ้นดูเหมือนจะเป็นการปรับตัวในแบบจำลองหนู: สัญญาณอินพุตมีความยาวและกว้างขึ้น และระบบจะเพิ่ม "เบรก" เพื่อลดการทำงานที่มากเกินไป สิ่งนี้ช่วยอธิบายว่าเหตุใดผู้สูงอายุบางคนจึงแสดงการตอบสนองทางประสาทสัมผัสที่ดีขึ้นโดยไม่มีหลักฐานที่ชัดเจนว่าการสูญเสียการยับยั้ง
• สะพานสู่คลินิก: แนวทางเฉพาะชั้นอาจช่วยให้เข้าใจได้ว่าการแก่ตามปกติแตกต่างจากโรคที่ชั้นและกลไกอื่นๆ ได้รับผลกระทบอย่างไร ตัวอย่างเช่น ในโรคอัลไซเมอร์หรือโรคเส้นโลหิตแข็ง ระดับและประเภทของไมอีลิน/อินเตอร์นิวรอนอื่นๆ จะมีส่วนเกี่ยวข้องมากกว่า

รายละเอียดที่ต้องระวัง

• ในชุดข้อมูลหนึ่ง มนุษย์มีความหนาของมือโดยรวมประมาณ 2.0 มม. ใน S1 และความแตกต่างระหว่างอายุอยู่ที่ประมาณ -0.12 มม. แต่ประเด็นสำคัญคือชั้นลึกมีส่วนทำให้หนาขึ้น ในขณะที่ชั้นกลางหนาขึ้น
• ผู้เขียนไม่พบหลักฐานที่ชัดเจนของการยับยั้งที่อ่อนแอลงในผู้สูงอายุที่ระดับ BOLD แต่ในบันทึกเซลล์ประสาทเดี่ยวของหนู พวกเขากลับสังเกตเห็นการทำงานร่วมกันยับยั้งที่เพิ่มขึ้นและการเพิ่มขึ้นของเซลล์ PV+ ซึ่งสอดคล้องกับแนวคิดเรื่องการชดเชย
• ในเอกสารข่าวสาร การศึกษานี้ถูกนำเสนอเป็นหลักฐานของการแก่ตัวแบบ "หลายชั้น" ของคอร์เทกซ์ และคอร์เทกซ์ของมนุษย์แก่ช้ากว่าที่เคยคาดไว้ อย่างน้อยก็ในโซนรับความรู้สึกทางกาย เนื่องจากบางชั้นยังคงรักษาหรือเพิ่ม "ทรัพยากร" โครงสร้างไว้

ความคิดเห็นของผู้เขียน

นี่คือสิ่งที่ผู้เขียนเน้นย้ำ (ตามความหมายของการอภิปรายและข้อสรุปของพวกเขา):

• การแก่ชราไม่ใช่ "การบางลงอย่างสม่ำเสมอ" แต่เป็นการปรับโครงสร้างแบบทีละชั้น พวกเขาเห็นการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่แตกต่างกัน: ชั้น "เข้า" IV ในผู้สูงอายุจะดูหนาขึ้นและมีไมอีลินมากขึ้น ในขณะที่ชั้นลึกๆ มีส่วนสำคัญที่ทำให้เปลือกสมองบางลงโดยรวม ดังนั้น ค่าเฉลี่ยของความหนาทั้งหมดของเปลือกสมองจึงซ่อนการเปลี่ยนแปลงสำคัญไว้ คุณต้องมอง "ทีละชั้น"
• การรับข้อมูลทางประสาทสัมผัสถูกยืดออก เครือข่ายจึงปรับตัว ชั้น IV ที่มีไมอีลินหนาขึ้นหรือมีไมอีลินมากขึ้นในผู้สูงอายุสัมพันธ์กับการรับข้อมูลทางประสาทสัมผัสที่ยาวนานขึ้น ในแบบจำลองหนู กิจกรรมของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกจะเพิ่มขึ้น และสัดส่วนของอินเตอร์นิวรอน PV เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นกลไกการชดเชยที่น่าจะเป็นไปได้เพื่อรักษาสมดุลของการกระตุ้น/การยับยั้ง
• ชั้นลึกเป็นจุดอ่อนในวัยชรา จากข้อมูลพบว่าชั้นลึกคือส่วนที่อธิบายภาวะบางลงตามวัยและการเปลี่ยนแปลงของการปรับสภาพการทำงาน ในขณะที่ชั้นกลางอาจแสดงการเปลี่ยนแปลงในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าชั้นต่างๆ มีวิถีการชราภาพที่แตกต่างกัน และไม่สามารถลดให้เหลือเพียง “เส้นโค้งเฉลี่ย” เส้นเดียวได้
• ผลกระทบต่อการปฏิบัติทางคลินิกและวิธีการ ผู้เขียนสนับสนุนการใช้ออปติกเฉพาะชั้น: เมตริกดังกล่าวจะช่วยให้แยกแยะภาวะชราภาพปกติออกจากโรค (ที่ชั้น/กลไกอื่นๆ ได้รับผลกระทบ) ได้แม่นยำยิ่งขึ้น และช่วยให้ตีความภาพ MRI ความหนาแน่นสูง (7T) ได้ดีขึ้น ทั้งข้อมูลโครงสร้างและการทำงาน
• จุดแข็งของงานวิจัยนี้คือ “สะพาน” ระหว่างมนุษย์กับหนู การผสมผสานระหว่างการถ่ายภาพด้วย MRI 7T ในมนุษย์ ร่วมกับการถ่ายภาพแคลเซียมและการตรวจทางจุลกายวิภาคในหนู ทำให้ได้ภาพที่สอดคล้องกันในทุกชั้น ผู้เขียนระบุว่าสิ่งนี้ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของการตีความผลการตรวจในมนุษย์ และแนะนำกลไก (ไมอีลิน อินเตอร์นิวรอน PV) ที่สามารถนำไปทดสอบเพิ่มเติมได้
• ข้อจำกัด—และจุดที่ควรศึกษาต่อไป การศึกษาในมนุษย์เป็นการศึกษาแบบตัดขวาง (ไม่ใช่กลุ่มผู้เข้าร่วมเดิมในช่วงเวลาหนึ่ง) และมุ่งเน้นไปที่คอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายหลัก จำเป็นต้องมีการศึกษาแบบ longitudinal, พื้นที่คอร์เทกซ์อื่นๆ และการเปรียบเทียบกับกลุ่มตัวอย่างทางคลินิก นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงขอบเขตที่กลไก 1:1 ในหนูสามารถถ่ายทอดสู่มนุษย์ได้

กล่าวโดยสรุป ตำแหน่งของพวกเขาคือ สมองมีอายุมากขึ้น “เป็นชั้นๆ” ซึ่งเห็นได้ชัดเจนทั้งในโครงสร้าง (ไมอีลิน ความหนา) และการทำงานของเครือข่าย “ข้อมูลเข้า” และ “ข้อมูลออก” ของคอร์เทกซ์เปลี่ยนแปลงไปแตกต่างกัน และผลกระทบบางอย่างดูเหมือนจะเป็นการปรับตัว สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงวิธีการวินิจฉัยและการศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุ

ข้อจำกัดและขั้นตอนถัดไป

งานวิจัยนี้เป็นงานวิจัยแบบตัดขวาง (คนต่างกัน ไม่ใช่คนเดียวกันในช่วงเวลาหนึ่ง) และมุ่งเน้นไปที่คอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายหลัก กลไกของความแตกต่างระหว่างสปีชีส์ (มนุษย์ ↔ หนู) ยังต้องการการชี้แจงที่ชัดเจน การศึกษาแบบเจาะจงชั้นตามยาวกำลังดำเนินการอยู่ และทดสอบว่า "ลายเซ็นแบบชั้น" นี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในโรคทางระบบประสาทเสื่อมและโรคกล้ามเนื้อเสื่อม