Зеленый чай улучшает рабочую память

Зеленый чай улучшает рабочую память

Мы публикуем перевод статьи об исследовании влияния зеленого чая на улучшение рабочей памяти. Результаты исследования нам представляются исключительно важными, и поэтому мы хотим ознакомить с ними читателей нашего сайта. Статья опубликована в научном журнале  Psychopharmacology в 2014 году. По этой ссылке вы можете ознакомиться с оригиналом статьи.

Экстракт зеленого чая улучшает связь между лобной и теменной долей коры головного мозга во время актуализации процессов рабочей памяти.

Актуальность исследования.

Было высказано предположение, что экстракт зеленого чая может благотворно влиять на когнитивные функции, что предполагает многообещающее применение в клинической практике. Однако нейронные механизмы, лежащие в основе предполагаемого эффекта улучшения когнитивных функций от зеленого чая, до сих пор остаются неизвестными.

Цели.

В этом исследовании изучается:

1) Как употребление экстракта зеленого экстракта чая влияет на эффективность связей внутри мозга во время осуществления процессов рабочей памяти?

2) Существует ли связь между эффективностью выполнения задач и характеристиками связей между областями мозга?

Материалы и методы

В данном исследовании применялся двойной слепой уравновешенный внутрисубъектный план исследования.(примечание переводчика: внутрисубъектный дизайн – это любой экспериментальный план, при котором для одних и тех же испытуемых создаются разные условия исследования).

Испытуемые:

12 здоровых добровольцев.

Ход исследования:

Испытуемые употребляли безалкогольный напиток на основе молочной сыворотки, содержащий 27,5 г экстракта зеленого чая или безалкогольный напиток на основе молочной сыворотки без добавления экстракта зеленого чая. Затем им делалась функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). В качестве контрольного вещества при функциональной магнитно-резонансной томографии выступал экстракт зеленого чая.

Эффективность рабочей памяти  и характеристики связи между лобной и теменной областями мозга оценивалось с помощью метода «Динамическое причинно-следственное моделирование» (ДCM).

Результаты.

Экстракт зеленого чая улучшил рабочую память за счет изменения связей  между верхней правой точкой теменной доли и средней извилиной лобной доли мозга. Примечательно, что потребление зеленого чая вызвало увеличение связей между теменной и лобной долями, что в свою очередь положительно коррелирует с лучшим решением задач.

Выводы.

Наши результаты являются первым доказательством положительного влияния зеленого чая на когнитивные функции, в частности, зеленый положительно влияет на рабочую память на уровне работы нейронов, краткосрочно меняя лобно-теменные связи мозга.

Cоздание моделей связей между лобными и теменными областями мозга во время активизации процессов рабочей памяти может помочь оценить эффективность зеленого чая как лечебного средства для лечения когнитивных нарушений  при психиатрических расстройствах, таких как слабоумие.

Введение.

Недавние исследования показывают, что экстракт зеленого чая или его основной ингредиент благотворно влияют на когнитивные функции людей. Например, было продемонстрировано, что употребление зеленого чая улучшает память и внимание у лиц с легкими когнитивными нарушениями (Park et al. 2011), и что потребление продуктов, богатых флавоноидами, таких как зеленый чай, снижает когнитивные нарушения, вызванные бета-амилоидами у трансгенных мышей с болезнью Альцгеймера. Все это указывает на потенциальную терапевтическую пользу чая при деменции (Rezai-Zadeh et al. 2008; Williams and Spencer 2012).

Кроме того, более высокое потребление зеленого чая также было связано с меньшей распространенностью когнитивных нарушений у пожилых людей (Kuriyama et al.). Сопоставимые результаты были получены в другом исследовании: была выявлено, что 2501 человек в возрасте старше 55 лет, употреблявшие чай, имели значимо меньше когнитивных расстройств по сравнению с контрольной выборкой (Ng et al. 2008). Помимо предотвращения снижения когнитивных функций, потребление зеленого чая может даже привести к улучшению когнитивных функций у пожилых люди, проживающие в сообществе (Feng et al. 2010), что может указывать на эффект улучшения когнитивных функций у здоровых субъектов.

С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) было выявлено, что наблюдаемый положительный эффект от зеленого чая, может быть связан с изменением активности мозга в областях, задействованных во время когнитивного функционирования более высокого порядка (Borgwardt et al. 2012). Ученые продемонстрировали относительное повышение активации мозга в лобно-теменных областях (наиболее выраженное в правой лобной доли) после введения экстракта зеленого чая во время активации процессов рабочей памяти (РП). Испытуемые решали задачу n-назад. (Примечание переводчика. Суть задачи n-назад: испытуемому один за другим предъявляется ряд образов (визуальных, звуковых, реже иных. Испытуемый должен определить и указать, встречался ли предъявляемый образ 1 позицию назад (задача 1-назад), или 2 позиции назад (задача 2-назад), или 3 позиции назад (задача 3-назад), и так далее) (Borgwardt et al 2012).

Эти данные показывают, что экстракт зеленого чая может регулировать активность мозга в ключевых областях мозга для рабочей памяти, а именно  в дорсолатеральной префронтальной коре мозга (Goldman-Rakic ​​1996). Однако, для успешной реализации рабочей памяти во время выполнения задачи N-назад требуется функциональное соединение теменных и лобных области мозга, как показано в исследованиях (Owen et al. 2005; Rottschy et al. 2012; Deserno et al. 2012; Ma et al. 2011). Было высказано предположение, что теменная кора кодируют входящие стимулы (Ma et al. 2011), а  лобные доли ответственны за обновление правил Gazzaley et al. 2004; Sauseng et al. 2005). Следовательно, можно предположить, что повышенная фронтальная активность во время активации рабочей памяти после приема зеленого чая (Borgwardt et al. 2012) могла быть результатом изменения функциональных связей между теменной и лобной корой.

В данном исследовании мы изучали, изменило ли введение экстракта зеленого чая количество функциональных связей между лобной и теменной корой при активации рабочей памяти. В частности, мы применили метод динамического причинно-следственного моделирования ( DCM; Friston et al. 2003) к данным фМРТ 12-и здоровых испытуемых, получавших экстракт зеленого чая и контрольный напиток при выполнении задачи N-назад. Метод динамического причинно-следственного моделирования (ДCM) позволяет оценить эффекты экспериментальных условий и фармакологических манипуляций по данным фМРТ (Grefkes et al. 2010; Schmidt et al. 2013b). Мы проверили, связан ли зеленый чай с изменением связей, необходимых для функционирования рабочей памяти, а также как зеленый чай влияет на эффективность выполнения заданий.

Учитывая важную роль связей между теменной и лобной областями мозга во время решения задач N-назад (Owen et al. 2005; Rottschy et al. 2012) и то, что потребление экстракта зеленого чая увеличивает активность префронтальной коры (Borgwardt et al. 2012), мы предположили, что зеленый чай  повышает эффективность функциональных связей между теменной и лобной корой.

Испытуемые.

В исследовании приняло участие 12 здоровых мужчин-правшей. Средний возраст 24,1 года; стандартное отклонение 2,6 года. Все участники были некурящими. Участникам было сказано воздерживаться от употребления любых психоактивных веществ  за 24 часа до проведения исследования,  и воздерживаться от приема алкоголя, кофеина, зеленого чая и цитрусовых соков за 12 часов до каждого исследования.

У испытуемых брали образцы мочи перед исследованием  для проверки на амфетамины, бензодиазепины, кокаин, метамфетамин, опиаты и тетрагидроканнабинол (каннабиоиды)  с использованием наборов для иммунометрического анализа. Ни у одного участника на всем протяжении исследования не было выявлено ни одно из перечисленных ранее веществ. С помощью полуструктурированного клинического интервью были отобраны испытуемые без психиатрических и соматических заболеваний, а также собран семейный анамнез психических заболеваний. Местный государственный этический комитет (Ethikkommission Beider Basel) одобрил исследование, и все участники дали свое информированное письменное согласие после того, как им была подробно объяснена процедура исследования. Исследование зарегистрировано на сайте Clinicaltrials.gov (идентификатор: NCT01615289).

План эксперимента.

Двойной слепой (примечание переводчика: ни испытуемый, ни экспериментатор не знают, получает испытуемый тестовый образец или пустышку), внутрисубьектный план исследования со случайным порядком введения стимульного вещества по фиксированному протоколу проводился в течение 4 сеансов. Участники получали 250 или 500 мл безалкогольного напитка на основе  молочной сыворотки, содержащий 13,75 и 27,5 г экстракта зеленого чая соответственно или безалкогольный напиток на основе молочной сыворотки без зеленого чая в качестве контрольного условия.

Перед каждым сеансом сканирования участники проглатывали трубку, через которую им вливали в желудок тестовые растворы.  Дозировка 250 мл напитка с содержанием экстракта чая в размере 13,75 г была разбавлена водой до 500 мл с целью контроля эффекта объема жидкости. Тестируемое количество вещества и объем жидкости не провоцирует никакие токсические, психические или физические симптомы, которые могли бы запутать интерпретацию данных фМРТ. Поскольку напитки поступали через трубку в желудок, минуя вкусовые рецепторы, испытуемые не могли угадать, какой образец получили, с чаем или без.

В начале каждого сеанса в левую руку (недоминантную у испытуемых) устанавливался катетер, через который делался забор крови и отслеживались показатели крови. Все участники были обследованы перед тестированием на предмет физического состояния. Показатели скорости сердцебиения и артериального давления отслеживались с интервалом в 5 минут на протяжении каждого сеанса. Продолжительность сеанса 60  минут.

Зеленый чай улучшает рабочую память

Напиток, который предлагался испытуемым

Состав тестовых напитков.

«Rivella» — безалкогольный напиток из Швейцарии на основе молочной сыворотки. Выпускается пять разновидностей: «Rivella Красная», «Rivella Синяя», «Rivella Зелёный чай», «Rivella Ревень» и «Rivella Бузина». В качестве контрольного образца  испытуемым давали напиток «Rivella Зеленый чай» с содержанием экстракта зеленого чая 0,05% от общей массы.

Экстракт зеленого чая делается из сушеных листьев зеленого чая в соотношении 5.5:1.То есть из 5.5 граммов сухой чайной заварки получается 1 г экстракта чая. И два тестовых образца отличались от контрольного концентрацией зеленого чая.

Примечания переводчика: таким образом, концентрация чая в тестовом напитке была таков эквивалентна 150 г сухой чайной заварки, заваренной на 500 мл воды, что в 100 раз выше стандартной дегустации профессиональным титестером. А второй тестовый образец – из расчета 75 г чая на 500 мл.

Парадигма фМРТ: задача N-назад.

Во время выполнения задания N-назад (Broome et al. 2009) все испытуемые видели серии букв с межстимульным интервалом 2 с. Каждый стимул (буква) предъявлялся в течение 1 с. В вариации задачи (0-назад) – испытуемые должны были нажать кнопку правой рукой (ведущая, так как были отобраны правши), когда появилась буква «X». В вариант 1-назад, они нажимали кнопку, если искомая буква предшествовала демонстрируемой в данный момент букве, и в вариант 2-назад, нажимали на кнопку, если искомая буква была два стимула назад.

Описанные выше три варианты задачи показывались испытуемому по 10 серий, продолжительностью 30 секунд. Блоки задач подбирались в случайном порядке, но включали 2 задачи 1-назад. 3 задача 2-назад и 5 задач 0-назад.

Примечания переводчика. Мы опускаем детальное описание настроек аппарата МРТ и процедуры сканирования мозга, а также детальный анализ результатов с помощью используемого метода обработки данных – динамического казуального моделирования в виду сложности материала. Заинтересовавшихся читателей адресуем к оригиналу статьи.

Зеленый чай улучшает рабочую память

Результаты: наблюдалась сильная тенденция в повышении производительности рабочей памяти после потребления экстракта зеленого чая.

 

Обсуждения.

В настоящем исследовании мы изучали нейронные механизмы, лежащие в основе предполагаемого благотворного воздействия экстракта зеленого чая на мыслительные процессы. Мы применяли метод динамического системного моделирования к данным фМРТ, чтобы определить, влияет ли экстракт зеленого чая на увеличение нейронных связей, необходимых для рабочей памяти, между теменной и лобной корой. Основные выводы заключаются в том, что экстракт зеленого чая увеличил количество связей от правой верхней теменной доли к средней лобной извилине. Кроме того, этот эффект теменно-лобной связности от зеленого чая положительно коррелировал с  эффективностью выполнения задачи. Наше открытие усиленного теменно-лобного сцепления во время процессов рабочей памяти под воздействием зеленого чая также может подкрепиться результатами другого исследования – увеличение префронтальной активности мозга после приема зеленого чая (Borgwardt et al. 2012). Таким образом, эти исследования вместе указывают на то, что экстракт зеленого чая может влиять на процессы рабочей памяти за счет увеличения префронтальной мозговой активности в результате увеличения каналов связи от теменной коры.

Зеленый чай улучшает рабочую память

Потребление экстракта зеленого чая [среднее (стандартное отклонение): 3,23 (0,42)] по сравнению с контрольным напитком [среднее (стандартное отклонение): 2,84 (0,45). Была выбрана Байесовская модель.

 

Рассматривая конкурирующие модели связей между частями мозга применительно к одним и тем же данным, мы обнаружили, что семейство моделей с учетом двунаправленного увеличения связей в процессе рабочей памяти в лобной и теменной коре лучше всего соответствует данным всех участников независимо от наличия тестового условия (присутствует чай в напитке или нет). Этот результат подтверждает предыдущие исследования функциональной связности, подчеркивающие важность лобно-теменные соединения для рабочей памяти (Owen et al. 2005; Rottschy et al. 2012).

Задача N-назад требует непрерывного кодирования поступающих визуальных сигналов и обновление правил. Сигналы из теменной области коры (снизу вверх) отвечают за кодирование поступающих стимулов (Ma et al. 2011), а сигналы от лобной до теменной коры (сверху вниз)  ответственны за обновление правил (Gazzaley et al. 2004; Sauseng et al. 2005). С этой точки зрения мы можем предположить, что наш результат улучшенной теменно-лобной связности, вызванный потреблением зеленого чая, может указывать на улучшение кодирования стимулов при выполнении задания N-назад.

Механизмы, лежащие в основе эффективности зеленого чая.

Зеленый чай в основном состоит из полифенолов, в частности из эпигаллокатехина (EGCG), кофеина и теанина, а также множества дополнительных ингредиентов. Эти разные вещества имеют, по крайней мере, один общий рецептор NMDAR, который может являться тем механизмом, который обуславливает эффекты от зеленого чая на микро и макро уровнях.

Исследования на грызунах подтверждают идею улучшения рабочей памяти после введения зеленого чая, где катехины стимулировали антиоксидантную активность (Kaur et al. 2008). На основании предыдущих исследований предполагается, что эпигаллокатехин (EGCG) оказывает защитное действие для когнитивный функций за счет антиоксидантных и хелатирующих свойств.

Другими словами, EGCG снижает нейротоксичность, проявляющуюся в генерации активных форм кислорода. Лечение катехинами зеленого чая как сильнодействующими природными антиоксидантами  полностью нормализовали реакцию активации NMDAR-рецепторов. EGCG способствует нервной пластичности у мышей. В болезни Альцгеймера амилоидный белок ослабляет действие рецепторов NMDAR, ухудшает синаптическую пластичность и память за счет подавления долгосрочной потенции и усиления долгосрочной депрессии (Shankar et al., 2008), оба из которых в решающей степени опосредуются NMDAR-рецепторами (Bliss and Collingridge 1993; Malenka and Nicoll 1993; Paoletti et al. 2013). Примечательно, что EGCG снижает уровень амилоидного белка у мышей, и опосредованно снижает когнитивные нарушения у мышей.

Теанин – аминокислота, встречающаяся исключительно в чайном листе, может также обладать нейропротекторным действием (Nathan и др., 2006),вероятно, из-за его антагонистического действия на ионотропный глутамат (подтип рецепторов, таких как NMDAR (Kakuda 2011)). Более того, благотворное влияние кофеина на вызванное стрессом нарушение памяти имитируется антагонистами аденозина. Взятые вместе эти исследования показывают, что экстракт зеленого чая или его ингредиенты  противодействуют нарушениям когнитивных функций, вызванным окислительным стрессом, через его влияние на пластичность NMDAR-рецепторов.

Предыдущие исследования продемонстрировали чувствительность метода динамического причинно-следственного моделирования к стимуляции NMDAR (Moran et al.2011), и что блокирование NMDAR привело к изменению синаптической пластичности восходящей связи от левой первичной слуховой коры до верхней височной извилины во время предъявления слуховой задачи (Schmidt et al. 2013a). Таким образом, мы предполагаем, что наш результат усиления теменно-лобной связи во время активации рабочей памяти, вызванный потреблением зеленого чая, отражает индуцированные зеленым чаем изменения работы NMDAR- рецепторов, изменения синаптической пластичности.

Ограничения

Есть некоторые ограничения, которые следует учитывать в выводах. Мы не наблюдали статистически значимого влияние употребления зеленого чая на эффективность выполнения заданий. Однако мы обнаружили сильную тенденцию к повышению эффективности, предполагая, что наша исследовательская выборка была слишком маленькой, чтобы получить статистически значимые  отличия по поведенческим параметрам. Это соответствует тому, что данные фМРТ на небольшом количестве субъектов надежны (Friston et al. 1999), в то время как поведенческие проявления могут быть искажены многими личными факторами, которые нельзя проконтролировать и про которые нельзя однозначно сказать, как они влияют на решение задачи n-назад.

Вторым ограничением является тот факт, что испытуемые получали напиток, содержащий другие компоненты (например, глюкозу) помимо чистого зеленого чая. Есть разница между потреблением чистого экстракта зеленого чая и экстракта зеленого чая с другими компонентами. Еще одно предостережение: есть разница между безалкогольным напитком, содержащим зеленый чай, и безалкогольным напитком. В дальнейшем надо смоделировать исследование, которое позволит исключить влияние перекрестных эффектов от кофеина на когнитивные способности.

Выводы

Настоящее исследование показывает, что экстракт зеленого чая улучшает функциональные связи между теменной и лобной областями коры больших полушарий во время активации рабочей памяти у здоровых испытуемых. Интересно, что улучшение связей между данными областями мозга коррелирует с улучшением когнитивных функций. Наши открытия дают первые представления о нейронных механизмах, лежащих в основе рабочей памяти и эффектов от зеленого чая. Эти механизмы заключаются в краткосрочном изменении пластичности синапсов мозга, в увеличении связей между лобной и теменной областями мозга. Наши результаты также предполагают, что оценка качества и количества связей между лобной и теменной областями мозга в процессе рабочей памяти могут дать многообещающий инструмент для оценки эффективности зеленого чая при лечении когнитивных нарушений при психических расстройствах, таких как деменция.