Мозг не сверяется с паспортом
У некоторых молодых и людей среднего возраста мозг по своим рабочим схемам выглядит старше, чем предполагает дата рождения. И это не просто эффект красивой научной формулировки: такие особенности связаны с несколько худшими результатами тестов на рабочую память и исполнительные функции, более выраженными депрессивными симптомами, а также с небольшими отличиями в составе кишечных бактерий и химических веществ в кале. Исследование опубликовано в журнале eBioMedicine.
Речь не о том, что компьютер заглянул человеку в голову и торжественно объявил: «Вам мысленно 57». Учёные использовали так называемый индекс старения мозга. Компьютерную модель обучают оценивать возраст человека только по снимкам мозга, а затем сравнивают этот прогноз с реальным возрастом.
Положительный результат означает, что мозг выглядит старше ожидаемого, отрицательный — моложе. В обзоре 2017 года исследователи предположили, что такой показатель может служить маркером здоровья мозга. Более «старый» на вид мозг уже связывали с худшим когнитивным и физическим старением, а также с повышенным риском смерти. Организм, как выясняется, иногда выдаёт возраст не по паспорту, а по внутренней бухгалтерии.
Большинство подобных работ проводили с пожилыми людьми, уже находящимися в зоне риска когнитивного снижения. Однако обзор 2024 года указывает: средний возраст может стать переломным периодом, когда биологические изменения начинают задавать траекторию будущего здоровья мозга.
Параллельно накапливаются данные о связи пищеварительной системы с работой мозга. Исследование 2025 года сравнивало людей с болезнью Альцгеймера, лёгкими когнитивными нарушениями и здоровых участников. В этих группах постепенно менялись состав кишечных бактерий и химические вещества в кале, причём изменения были связаны с уменьшением объёма мозга и ухудшением мыслительных способностей. Другая работа показала, что у людей с депрессией чаще встречается дисбаланс кишечных бактерий, связанный с изменениями взаимодействия между отделами мозга.
На этом фоне Kanhao Zhao, проводивший исследование во время постдокторской работы под руководством Arpana Church в Church Lab при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, решил проверить, связана ли биология кишечника с ранними признаками старения мозга у молодых людей и людей среднего возраста. Работа получила поддержку грантов National Institutes of Health, выделенных Arpana Church.
«Большинство исследований возраста мозга посвящено пожилым людям или пациентам с неврологическими заболеваниями, — рассказал Zhao. — Поэтому мы хотели выяснить, можно ли обнаружить значимые различия в старении мозга уже у молодых людей и людей среднего возраста. Нас интересовало не только то, связаны ли эти различия с когнитивными способностями и психическим здоровьем, но и имеют ли они отношение к кишечным микробам и обмену веществ».
Как искали «лишние» годы
Учёные изучили данные здоровых взрослых от 18 до 65 лет. Чтобы проверить устойчивость результатов, участников разделили на три независимые группы:
- 674 человека вошли в основную, или исследовательскую, группу;
- 444 человека — в группу проверки результатов;
- 344 человека — в независимую группу.
Участникам провели функциональную магнитно-резонансную томографию в состоянии покоя. Эта технология отслеживает изменения уровня кислорода в крови, которые отражают колебания активности мозга, пока человек спокойно лежит и ничего специально не делает.
Если разные зоны мозга активируются и затихают одновременно, это называют функциональной связностью. По сути, исследователи смотрят, какие отделы мозга «созваниваются» друг с другом и насколько слаженно проходит этот внутренний обмен сообщениями.
Участники также прошли тесты на интеллект, рабочую память и исполнительные функции — способность планировать, удерживать цель и управлять действиями. Кроме того, они заполняли опросники о депрессивных симптомах.
В независимой группе у участников собрали образцы кала. Их изучали двумя методами. Метагеномика позволяет определить генетический материал бактерий, живущих в кишечнике. Метаболомика выявляет метаболиты — небольшие молекулы, которые образуются в результате работы клеток, пищеварения и активности бактерий. Да, даже содержимое кишечника теперь проходит многоуровневую экспертизу, словно подозрительный чиновник.
Что показали снимки
Во всех трёх группах компьютерная модель в целом правильно отслеживала реальный возраст участников, хотя ошибалась заметно: средняя погрешность составляла примерно от шести до девяти лет.
У людей, чей мозг выглядел старше ожидаемого, обнаружили сходные особенности. Более высокий индекс старения мозга был связан с усиленными связями между участками сети пассивного режима работы мозга и лобно-теменной сети.
Сеть пассивного режима особенно активна, когда человек погружён во внутренние мысли: вспоминает прошлое, мечтает или ведёт мысленный диалог с самим собой. Лобно-теменная сеть помогает управлять целенаправленным мышлением и действиями.
Наиболее выраженные связи касались предклинья и задней части поясной коры. Эти области расположены вдоль средней линии мозга и участвуют во внутренних размышлениях и извлечении воспоминаний.
Одновременно у людей с более «старым» мозгом были слабее связи в вентральной сети внимания. Она помогает быстро ориентироваться на неожиданные изменения окружающей среды. Такой дисбаланс был связан с худшими результатами когнитивных тестов.
Участники с более высоким индексом старения мозга в среднем хуже справлялись с заданиями на невербальный, или практический, интеллект, рабочую память и исполнительные функции. Они также сообщали о большем количестве депрессивных симптомов.
Но здесь особенно важно не дать красивой цифре превратиться в диагноз. Связи были умеренными: коэффициенты корреляции между показателем возраста мозга и отдельными результатами тестов составляли примерно от 0,12 до 0,38. Это означает, что индекс объяснял не более 14% различий по отдельному показателю, а чаще — значительно меньше.
Связь обнаруживалась не со всем подряд. Вербальный интеллект не показал надёжной зависимости ни в одной из групп, где его проверяли. Некоторые результаты были связаны с индексом в одной группе, но не повторялись в другой. В первой группе выявленные связи сохранялись даже после учёта реального возраста участников.
«Эти эффекты следует рассматривать как значимые связи на уровне группы, а не как диагностический тест для конкретного человека, — подчеркнул Zhao. — Сильная сторона исследования в том, что особенности возраста мозга проверяли в нескольких независимых группах. Однако связи с когнитивными способностями, настроением и биологией кишечника в целом были умеренными. Сейчас индекс старения мозга лучше понимать как исследовательский показатель индивидуальных различий в здоровье мозга, а не как инструмент, который может сообщить человеку, с какой скоростью стареет его мозг в клиническом смысле».
Кишечник тоже подал голос — но очень тихо
Связи с кишечником оказались ещё слабее. Среди 182 участников, у которых были полные данные, совокупный профиль кишечных бактерий и химических веществ в кале объяснял лишь около 2% различий в показателях возраста мозга. Это всё же больше, чем можно было бы ожидать случайно, но до сенсационного открытия века результату примерно столько же, сколько до бессмертия.
С более старым видом мозга чаще всего были связаны бактерии родов Clostridium и Collinsella. Среди химических веществ выделялись церамиды и 24-гидроксихолестерин — молекулы, связанные с жировым обменом, воспалением, клеточным стрессом и переработкой холестерина.
Некоторые из этих бактерий в других исследованиях связывали с воспалительными процессами. Однако в данной группе здоровых взрослых они одновременно встречались с бактериями, которые обычно считают характерными для здорового кишечника. Биология, как водится, отказалась быть простой схемой «плохие микробы против хороших».
У участников с более молодо выглядящим мозгом было больше химических веществ в кале, связанных с работой нейромедиаторов и переработкой аминокислот. Одной из молекул, наиболее тесно связанных с молодым видом мозга, оказался эстетрол — разновидность эстрогена. Авторы предполагают, что это может указывать на защитную роль путей, связанных с репродуктивными гормонами.
«Особенно интересно, что сигнал не ограничивался мозгом, — отметил Zhao. — Мы увидели согласованные связи между функциональными сетями мозга, когнитивными способностями и настроением, а также биологическими характеристиками кишечника. В их числе были микробные и метаболические признаки, связанные с жировым обменом, иммунными и сосудистыми процессами, работой синапсов и митохондрий».
Синапсы — это соединения, через которые нервные клетки передают сигналы, а митохондрии обеспечивают клетки энергией. По мнению исследователей, совпадение сигналов на столь разных уровнях может означать, что старение мозга в будущем придётся изучать не изолированно, а в контексте всей системы «мозг — кишечник — организм».
При этом когнитивные показатели и настроение были связаны именно с особенностями мозговых сетей, а не напрямую с конкретными бактериями или химическими веществами в кале. Иными словами, кишечник не был пойман с поличным на прямом управлении памятью и настроением.
«Люди одного и того же паспортного возраста могут заметно различаться по тому, насколько организация их мозговых сетей похожа на возрастные модели, — объяснил Zhao. — Эти различия были связаны с особенностями кишечных микробов и метаболитов. Это позволяет предположить, что старение мозга может быть частью более широких биологических процессов, происходящих во взаимодействии мозга и организма, а не отдельным явлением».
Что исследование пока не доказывает
Самое важное ограничение работы довольно прозаично: исследование было наблюдательным и проводилось в один момент времени. Поэтому оно показывает связи, но не доказывает причинность.
Могут ли определённые кишечные бактерии ускорять старение мозга?
Пока неизвестно. Исследование не позволяет утверждать, что конкретные микробы или метаболиты заставляют мозг стареть быстрее. Нельзя также заключить, что изменение микробиома — совокупности микроорганизмов в кишечнике — автоматически сделает мозг «моложе».
Возможна и обратная картина: изменения мозга влияют на кишечник. Не исключено также, что обе системы меняются под воздействием третьего фактора, например питания. Кроме того, индекс старения мозга — это статистический показатель, рассчитанный по функциональной связности, а не буквальное измерение биологического возраста мозга человека.
Анализ кишечника охватывал только 182 участника, большинство из которых были женщинами. Данные происходили из наборов, собранных в США и Японии. Чтобы подтвердить обнаруженные бактериальные и метаболические признаки, нужны более крупные и сбалансированные исследования.
Генетическое секвенирование также определяет бактерии в основном на уровне широких видов и не позволяет точно различить отдельные штаммы. А разные штаммы одного вида могут по-разному влиять на здоровье — потому что даже бактерии не всегда способны придерживаться единой корпоративной политики.
Куда исследователи пойдут дальше
Следующим шагом должны стать длительные, продольные исследования, в которых одних и тех же людей наблюдают годами. Это позволит выяснить, могут ли сочетания признаков мозга и организма предсказывать будущие изменения когнитивных способностей и реагируют ли они на питание, образ жизни или другие вмешательства.
Исследователи также хотят выйти за пределы связи «мозг — кишечник» и изучать старение мозга как часть общего старения организма. Работа мозга может быть тесно связана с состоянием сердечно-сосудистой системы и других органов.
В будущих исследованиях планируется объединять снимки мозга с визуализацией сердца, физиологическими сигналами и молекулярными измерениями. В частности, учёные намерены использовать:
- ЭКГ — электрокардиографию, которая регистрирует электрическую активность сердца;
- PPG — фотоплетизмографию, при которой оптические датчики, похожие на те, что стоят во многих умных часах, отслеживают пульс и кровоток.
Такой комплексный подход может помочь найти мультимодальные биомаркеры — показатели, объединяющие данные разных типов. Они должны объяснить, почему одни люди стареют быстрее других, и в перспективе помочь подбирать индивидуальные стратегии поддержания здоровья мозга.
Наблюдение за изменениями во времени также может привести к способам поддерживать здоровье мозга уже в среднем возрасте. Ведь старение мозга, судя по всему, не начинается внезапно в тот день, когда человек впервые начинает ворчать на молодёжь.
«Индивидуальные различия в организации мозговых сетей и их связи с когнитивными способностями и состоянием организма можно заметить намного раньше старости, — заключил Zhao. — Понимание этих ранних различий в будущем может сместить акцент с лечения позднего снижения способностей на выявление траекторий здоровья мозга ещё до появления серьёзных нарушений».
Исследование Brain-gut crosstalk associated with brain ageing in young and mid-life adults: a multicohort cross-sectional study подготовили Kanhao Zhao, Gabriel A. Vignolle, Jennifer S. Labus, Emeran A. Mayer, Allison Vaughan, Marika Dy, Priten Vora, Ming W. Hung, Keith Vossel, Chris Gill, Daniele Del Rio, Catherine Stanton, R. Paul Ross, John F. Cryan, Rima Kaddurah-Daouk, Yu Zhang и Arpana Church.