Исследование: изменения формы мозга могут указывать на ранние признаки болезни Альцгеймера
Старение перестраивает человеческий мозг способами, которые учёные только начинают понимать. Новое исследование Калифорнийского университета в Ирвайне показало, что со временем меняется не только размер мозга — меняется сама его геометрия. Эти искажения формы могут содержать ранние подсказки о том, как старение влияет на память, мышление и уязвимость к болезни Альцгеймера.
Примечание: данная статья предназначена для общего ознакомления и образовательных целей. Она содержит краткое изложение научного исследования, представленное доступным языком для широкой аудитории, и не является официальным научным пресс-релизом.
Каждую секунду человеческий мозг обрабатывает мысли, воспоминания и ощущения, но его структура тихо меняется со временем. Революционное исследование, опубликованное в сентябре 2025 года в журнале Nature Communications, сообщает, что старение изменяет не только размер мозга, но и его форму.
Исследователи обнаружили, что тонкие геометрические искажения – когда одни области расширяются, а другие сжимаются – тесно связаны со снижением памяти и способности к рассуждению. Эти выводы могут дать совершенно новое представление о том, как и где болезнь Альцгеймера начинает формироваться за годы до появления симптомов.
Об исследовании
Работа под названием «Возрастные ограничения пространственной геометрии мозга» (“Age-related constraints on the spatial geometry of the brain”) была проведена под руководством Юритцы Эскаланте и Дженны Адамс при научном руководстве Майкла А. Яссы, PhD, в Центре нейробиологии обучения и памяти Калифорнийского университета в Ирвайне. В анализе также участвовали исследователи из Университета Ла-Лагуна в Испании, включая старшего автора Нильса Янссена. Исследование было поддержано Национальным институтом старения – подразделением Национальных институтов здравоохранения США.
Опубликованное в сентябре 2025 года в журнале Nature Communications, оно представляет новый аналитический подход к изучению того, как общая пространственная геометрия мозга – его трёхмерная форма – изменяется с возрастом и как эти изменения связаны с когнитивной продуктивностью.
Что именно изучалось
Предыдущие исследования старения мозга в основном сосредотачивались на потере объёма, измеряя, какие области уменьшаются со временем. Однако команда Калифорнийского университета в Ирвайне решила выяснить, может ли именно форма – а не только размер – лучше отражать влияние старения.
Учёные предположили, что по мере взросления человека механические и структурные изменения в мозге могут вызывать измеримые искажения, перестраивая его архитектуру способами, связанными с когнитивными функциями.
Для проверки этой гипотезы исследователи проанализировали 2603 структурных МРТ-скана здоровых взрослых в возрасте от 30 до 97 лет, сопоставляя геометрические характеристики мозга на протяжении всей жизни. Анализ оценивал градиенты расширения и сжатия, то есть, какие области “выпячиваются” наружу, а какие “втягиваются внутрь”, и рассчитывал расстояния между гомологичными (соответствующими) областями обоих полушарий.
Методы и дизайн
С помощью высокоточной вычислительной модели команда количественно оценила, как весь мозг деформируется с возрастом. Эта модель отслеживала тонкие трёхмерные изменения, которые могут быть не замечены при стандартных объёмных анализах. Она также выявляла глобальные закономерности – масштабные расширения или сжатия, происходящие не изолированно, а как согласованные структурные движения.
Исследователи сообщили о стабильных и воспроизводимых результатах на нескольких наборах данных, что указывает на то, что эти геометрические преобразования отражают универсальную закономерность старения, а не случайные колебания.
KКлючевые результаты
У всех участников выявилась чёткая закономерность:
- Нижние и передние области мозга (в его лобно-нижней части) имели тенденцию расширяться наружу.
- Верхние и задние области (в затылочно-верхней части) напротив – сжимались внутрь.
В совокупности эти смещения приводили к измеримому изменению формы всего мозга. Важно, что степень этих деформаций коррелировала с когнитивной работоспособностью. У людей с более выраженным задним сжатием показатели рассуждения были ниже, что указывает на значимую связь геометрических искажений с функциональным состоянием мозга.
Повторение анализа на независимых наборах данных подтвердило, что этот эффект носит системный, а не случайный характер, делая изменение формы мозга надёжным признаком процесса старения.
Интерпретация авторов
По мнению авторов, эти геометрические узоры отражают то, как архитектура мозга адаптируется к старению. В то время как потеря ткани показывает, где исчезают клетки, форма показывает, как структурные силы воздействуют на орган в целом, потенциально изменяя напряжение, выравнивание и связность между областями.
Исследователи предположили, что подобные сдвиги могут влиять на механическую нагрузку в ключевых структурах мозга. Особый интерес вызывает энторинальная кора – небольшая область в глубине медиальной височной доли, играющая центральную роль в процессах памяти.
Моделирование показало, что по мере того как нижние части мозга расширяются, а верхние сжимаются, энторинальная кора может оказываться смещённой ближе к основанию черепа, подвергаясь постоянному физическому давлению.
Значение для исследований болезни Альцгеймера
Энторинальная кора известна как одно из первых мест, где накапливается белок тау – характерный маркер патологии болезни Альцгеймера.
Авторы предположили, что вновь выявленные геометрические напряжения могут помочь объяснить эту раннюю уязвимость. Если старение тонко изменяет форму мозга так, что увеличивает нагрузку на этот чувствительный участок, механические силы могут взаимодействовать с биохимическими изменениями, делая его более подверженным дегенерации.
Исследование не утверждает, что одна лишь геометрия вызывает заболевание. Скорее, форма мозга определяется как возможный ранний показатель структурной хрупкости – фактор, который может предшествовать клиническим симптомам на протяжении многих лет. Этот биомеханический подход добавляет новое измерение к существующим молекулярным и генетическим исследованиям болезни Альцгеймера, расширяя представления учёных о механизмах её возникновения.
Форма как показатель когнитивного здоровья
Помимо болезни Альцгеймера, результаты исследования связывают геометрию мозга с общей когнитивной продуктивностью. Участники, у которых наблюдались более выраженные глобальные искажения, как правило, показывали худшие результаты в тестах на память и логическое мышление.
Поскольку мозг функционирует как взаимосвязанная сеть, даже незначительные изменения пространственной геометрии могут влиять на то, насколько эффективно информация передаётся между его областями.
Для нейробиологов это означает, что геометрия может служить интегрированным биомаркером – физическим показателем общего состояния мозга, отражающим как локальные, так и глобальные эффекты старения. Традиционные измерения объёма могут не учитывать эти распределённые механические взаимосвязи.
Перспективы дальнейших исследований
Учёные планируют проверить, смогут ли продольные исследования с использованием нейровизуализации выявлять прогрессирующую геометрическую деформацию и предсказывать будущий когнитивный спад. Объединение этого геометрического подхода с молекулярной или метаболической визуализацией может помочь уточнить, как физическая структура взаимодействует с биохимическими путями при нейродегенерации.
Долгосрочная цель исследователей – усовершенствовать анализ формы мозга как инструмент научного изучения здорового и патологического старения, а не как клинический диагностический метод.
Команда подчеркнула, что понимание того, как перестраивается архитектура мозга, в перспективе может способствовать созданию моделей раннего риска и развитию превентивной нейронауки, однако для практического применения потребуется гораздо больше исследований.
Почему это исследование важно
Показав, что старение изменяет не только размер, но и форму мозга, это исследование переосмысливает само понятие нейронного старения.
Полученные данные открывают возможность рассматривать мозг как динамическую физическую систему, геометрия которой отражает невидимые силы времени, гравитации и биологического износа. Такой геометрический взгляд может помочь объяснить, почему некоторые области, например энторинальная кора, испытывают наибольшую нагрузку, связанную со старением.
Понимание этих закономерностей пока не даёт клинических решений, но предоставляет учёным новую концептуальную карту уязвимости, показывая, что важно не только то, сколько мозга мы теряем, но и то, как он изменяет форму в процессе.
Информация в этой статье предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является медицинской рекомендацией. По вопросам, связанным с лечением или здоровьем, проконсультируйтесь с профильным специалистом.
Источник
Escalante, Y.Y., Adams, J.N., Yassa, M.A. et al. Age-related constraints on the spatial geometry of the brain. Nat Commun 16, 8613 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63628-3
