В тёмной комнате сканера человек следит за редкими вспышками на экране. Инфракрасная камера снимает его зрачок тысячу раз в секунду, а магнитно-резонансный томограф в это время записывает, какие участки мозга включаются. Так 89 добровольцев от 19 до 78 лет помогли учёным увидеть, как зрачок превращается в дисплей, на который мозг выводит два разных сигнала.
Первый сигнал — быстрые изменения зрачка. Когда человек замечает неожиданный стимул, зрачок резко расширяется и тут же возвращается. Эти вспышки совпадают с работой обширных областей коры, мозжечка и ствола мозга, где особенно много окончаний, выделяющих норадреналин. Норадреналин — это вещество, которое мозг использует как кнопку «внимание!»: оно заставляет нейроны реагировать быстрее и помогает сосредоточиться.
Второй сигнал — это сам размер зрачка в состоянии покоя, после того как быстрые изменения убраны. Оказалось, что он связан с областями мозга, где много рецепторов к опиоидам и каннабиноидам. Эти системы работают как фоновый регулятор: они не вспыхивают при каждом стимуле, а медленно настраивают общий уровень возбуждения, подобно тому как громкость колонки не меняется от каждой ноты, но определяет, насколько громко звучит вся музыка.
С возрастом связь между быстрыми изменениями зрачка и мозгом ослабевает. У пожилых участников меньше областей мозга синхронизировалось со зрачком, а совпадение с норадреналиновой картой снижалось. Зато связь размера зрачка с опиоидными и каннабиноидными рецепторами оставалась неизменной от 19 до 78 лет. Это значит, что дисплей зрачка не ломается целиком: одна его часть тускнеет, а другая продолжает светиться ровно.
Раньше было неясно, отражает ли зрачок активность именно этой области или сразу нескольких химических систем, и сохраняется ли эта связь с возрастом. Теперь видно, что быстрые изменения зрачка — это отпечаток норадреналиновой системы, а абсолютный размер — отпечаток опиоидной и каннабиноидной. Приём прост: сравнить пространственные карты корреляции зрачка и активности мозга с картами плотности рецепторов, полученными с помощью ПЭТ.
Практическая польза лежит на поверхности. Пупиллометрия — измерение зрачка камерой — стоит копейки по сравнению с томографией. Если ослабление связи между зрачком и мозгом действительно указывает на угасание норадреналиновой системы, такой тест мог бы стать ранним предупреждением о риске болезни Альцгеймера. Но пока это только первый шаг: нужны длительные наблюдения за одними и теми же людьми, чтобы проверить, действительно ли тускнеющий сигнал зрачка предвещает проблемы с памятью. А пока зрачок остаётся окном, через которое видно, как стареет мозг — но окно это только начинают протирать.
Голубое пятно занимает в среднем всего 5 вокселей при разрешении 2 мм, что делает его одним из самых маленьких объектов, которые удаётся изучать в фМРТ.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.