Kako neuroni stare

Sposobnost nervnog sistema da se prilagodjava je neophodna za sve kognitivne funkcije. Stoga je bitno znati kako se plastičnost mozga, njegova fleksibilnost i adaptabilnost menja tokom procesa prirodnog starenja. Urbani mit je da se tokom starenja smanjuje broj nervnih ćelija, naročito podstaknut nedeljivošću istih. No, iako štetne supstance i nezdrav način života škode opstanku i fiziološkim funkcijama neurona, prirodno starenje ne utiče mnogo na broj ćelija u centralnom nervnom sistemu. Savremene stereološke tehnike, počevši ´80-ih godina prošlog veka, pokazale su da značajna ćelijska smrt u hipokampusu i neokorteksu nisu karakteristika normalnog starenja. No, u izvesnim vrstama primata nadjeno je oko 30%  manji broj nervnih ćelija u oblasti 8A u dorzolateralnom delu prefrontalne kore velikog mozga. Ova oblast je ranije eksperimentalno dovedena u vezu sa kratkotrajnim pamćenjem, no korelacija sa višim primatima i ljudima nije nadjena.

Ipak, iako broj neurona nije značajno izmenjen, detektovane su izvesne promene u morfologiji nervnih ćelija. Granjanje dendrita i gustina dendritskih spina se menja tokom ljudskog života. Mozak starijih osoba obiluje dendritima koji su duži i razgranjeniji nego kod mladjih osoba.  Ovo je naročito izraženo u dentatskom girusu hipokampusa. Suprotno je primećeno u prefrontalnom korteksu, koji se čini vulnerabilnijim tokom godina. Broj dendritskih spina se takodje menja i što je veoma interesantno, više ili manje je različit u različitim delovima mozga. Dakle, menjanje oblika nervnih ćelija je izuzetno dinamično kod starijih osoba.

Fiziološke odlike mozga, posebno njegova sposbnost za više kognitivne funkcije, takodje se menjaju tokom starenja. Ovo je posebno izraženo u srednjem slepoočnom režnju i prefrontalnom korteksu. Ipak, smanjena plastičnost u ovim moždanim oblastima su zanemarljive u poredjenju sa promenama koje prate Alchajmerovu i Parkinsonovu bolest.  
Biofizicke promene u moždanom tkivu takodje se menjaju tokom starenja. Pokazano je da je provodljivost kalcijumovih jona povećana kod starijih hipokampalnih neurona. Takodje, gustina kalcijumskih kanala, naročito L-tipa je povećana u ovim ćelijama. Ovo direktno utiče na promenu kalcijumske homeostaze i rezultira izmenjenom plastičnošću hipokampusa. Više kalcijuma aktivira specifične kalijumske kanale koji su odgovorni za odredjivanje posle-hipepolarizijskog potencijala. Promena u trajanju opravka ćelije od jednog akcionog potencijala i priprema za naredni direktno utiče na frekfenciju ćelijske aktivnosti. Ovo napokon vodi do smanjene ekscitabilnosti ostarelih hipokampalnih nervnih ćelija. Slični rezultati su nadjeni pri istraživanju biofizičkih karakteristika kore velikog mozga.

Naredna razlika izmedju mladjih i starijih neurona je u njihovoj interakciji sa okolnim ćelijama. Starije ćelije imaju značajno smanjen broj sinapsi koje su direktno odgovorne za njihovu komunikaciju sa okolinom. Neadekvatna kooperacija medju neuronima otežava brz protok informacija prenosom akcionih potencijala sa aksona jednog neurona na dendrite okolnih. Ova redukcija sinapsi ide i do 30% u izvesnim moždanim oblastima.

Jedan od najznačajnih parametara za odredjivanje funkcionalnosti neuronske mreže je takozvani long-term potentiation iliti LTP (dugotrajna potencijacija). Dugotrajna potencijacija je fenomen u kojem veza između dve pojedinačne moždane ćelije (i njihovoh sinapsi) postaje sve jača što se one više koriste, kao što se to događa kod učenja.  Očekivano, sinaptička jačina je oslabljena u hipokampusu i kori velikog mozga starijih subjekata. Interesantno je da je LTP izmenjen različito u različitim moždanim oblastima, tako da je izvesna kompenzacija moguća i fiziološki proces se u principu odvija, ali sa izvesnim smetnjama u jačini i trajanju sinaptičke komunikacije.

Posle karakterizacije biofizičkih i fizioloških promena starijih nervnih ćelija, naučnici su pristupili i otrkrivanju gena čija se ekspresija menja tokom starenja i koji bi mogli biti odgovorni za gore navedene promene. Interesantno, najviše izraženi geni u mozgu starijih laboratorijskih subjekata bili su geni bitni za mehanizme zapaljenja i imunog odgovora organizma na spoljne promene, geni značajni za metabolizam kalcijumovih jona, a naročito je bilo upečatljivo smanjenje trasnkripcije gena koji igraju ulogu u energetskom metabolizmu i razvoju novih sinapsi. Interesantno, neki od gena koji su prvi izmenjeni pri procesu učenja, kao što su Arc and Narp, bili su značajno redukovani u moždanoj masi starijih eksperimentalnih životinja
Istraživanja ponašanja starijih životinja takodje je pokazalo smanjenu sposobnost učenja i pamćenja u poredjenju sa mladjim. To je posebno primećeno u eksperimentima u kojima se testira sposobnost pravilnog funkcionisanja prefrontalne korea velikog mozga. Takodje, epizodna memorija prostora koja kao anatomsku podlogu ima piramidalne ćelije hipokampusa je takodje oštećena kod starijih laboratorijskih subjekata.

U zaključku, promene u funkcionisanju moždane mase kod starijih su značajne, ali mnogo manje nego što se ranije mislilo. Primarna razlika nije u broju ćelija već u njihovim biofizičkim karakteristikama, poput metabolizma kacijumovih jona, sinaptičke komunikacije, kao i ekspresije gena koja je nedovoljna za podsticaj nastanka novih sinapsi, kao i adekvatan energetski metabolizam. Svi ovi faktori zajedno doprinose poremećaju u kognitivnim funkcijama. Interesantno je da je u svim istraživanjima nadjeno da je najranjivija oblast moždane mase prefrontalni korteks, koji je i centar za sve više funkcije. Stoga, neurobiolozi i neurolozi danas savetuju kao najbolju prevenciju kognitivnih poremećaja i usporavanje prirodnog starenja mozga neprekidna mentalna aktivnost. Kao što je ranije navedeno, i pored svih ovih razlika izmedju mladih i starijih nervnih ćelija, fiziološke funkcije starijih su zanemarljivo oštećene u poredjenju sa zbilja ozbiljnim neurodegenerativnim poremećajima.