Мащабно проучване разкрива общи функционални и структурни модели на стареене на мозъка

Мащабно проучване разкрива общи функционални и структурни модели на стареене на мозъка

Здравословното остаряване води до паралелни промени в мозъчната функционална активност и структурна морфология, но взаимодействието между тези промени остава неясно. Екипът на проф. Yuhui Du в Колежа по компютърни и информационни технологии, Университет Шанси, в сътрудничество с проф. Винс Д. Калхун (Грузийски държавен университет), анализира данни от мултимодални невроизображения от 27 793 здрави доброволци (на възраст 49-76 години) в Обединеното кралство Biobank. Те предложиха унифицирана рамка за едномодално и мултимодално прогнозиране на възрастта на мозъка и съвместен функционално-структурен анализ на стареенето, който систематично характеризира различни синергични и противоречиви модели на стареене между функционална мрежова свързаност (FNC) и обем на сивото вещество (GMV). Важно е, че тези ставни модели също са свързани със специфичен когнитивен спад. Проучването, озаглавено „Съвместни модели на стареене в приходите от мозъчна функция и структура, използвайки 27 793 проби“, е публикувано в Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

фон

Свързаният с възрастта когнитивен спад е тясно свързан с промените в мозъчната структура и функционалните взаимодействия. Повечето предишни невроизобразяващи проучвания са изследвали стареенето, използвайки един единствен метод, или структурен MRI (sMRI), или функционална свързаност, получена от fMRI в състояние на покой (rs-fMRI). Въпреки това мозъчната функция и структура са свързани и се развиват заедно с възрастта. Изучаването само на една модалност затруднява дешифрирането на истинските механизми на когнитивното стареене. Освен това, много мултимодални изследвания на стареенето на мозъка просто свързват функционални и структурни характеристики, което често води до по-силните структурни характеристики, засенчващи по-фините функционални приноси. Това може да доведе до пропускане на реални модели на стареене на ставите.

Напредък на изследванията

За да се справят с тези предизвикателства, авторите разработиха единна мултимодална рамка за прогнозиране на възрастта на мозъка и анализ на стареенето на ставите (фиг. 1). По-конкретно, възрастта беше предвидена отделно от FNC и GMV на целия мозък, като се използва вложена, двустепенна, 10-кратно кръстосано валидирана ласо регресия, което води до стабилни функционални и структурни характеристики, свързани с възрастта. Ключови характеристики на FNC и GMV, идентифицирани от отделните модалности, бяха обединени и оценени съгласно една и съща вложена схема за кръстосано валидиране, за да се осигури честно мултимодално сравнение и да се предотврати структурна доминация. И накрая, всеки надежден FNC беше съчетан с GMV на своите два свързани региона, за да образува общи промени на стареенето, позволявайки систематично характеризиране на синергични (или противоречиви) функционално-структурни промени и тяхното когнитивно значение.

Проучването потвърди, че моделите, базирани на GMV, превъзхождат моделите, базирани на FNC, при прогнозиране на възрастта, което показва по-силна структурна чувствителност към стареенето. От решаващо значение е, че мултимодалният модел, комбиниращ функциите на FNC и GMV, постигна най-високата точност на прогнозиране (фиг. 2), подчертавайки необходимостта от интегриран анализ за цялостно разбиране на стареенето на мозъка.

Допълнителен анализ на общите промени на FNC-GMV разкри два основни модела на стареене (фиг. 3):
Синергични промени: Едновременно намаляване на силата на FNC и GMV, предимно наблюдавано в малкия мозък, фронталния полюс, парацингуларния гирус и прекунеусния кортекс. Този модел предполага координирана функционална и структурна дегенерация в региони, които контролират моторния контрол и познанието от по-висок ред.

Противоречиви промени: Повишен FNC, съчетан с намаление на GMV, настъпващо предимно в зрителни области като окципиталния полюс и латералния окципитален кортекс. Това предполага адаптивно функционално подобрение за противодействие на структурния упадък.

Трябва да се отбележи, че някои ставни промени са силно свързани с влошаване на определени когнитивни области (фиг. 4). Конфликтните промени във визуалните области корелират най-силно с флуидния интелект и цифровата памет, отразявайки адаптивната поддръжка на обработката на визуална информация. Обратно, синергичният спад между церебеларния крус I и парацингуларния извивка се свързва с по-бавно време за реакция, което предполага директни ефекти от влошаване на сензомоторните и вериги за внимание.

Значение и бъдещи перспективи

Това широкомащабно проучване предоставя директни доказателства за общи функционално-структурни промени в здравословното стареене на мозъка и разкрива сложен динамичен процес, включващ както широко разпространена синергична дегенерация, така и локализирана компенсаторна адаптация. Резултатите не само разширяват разбирането ни за невробиологичните механизми, лежащи в основата на диференциалния когнитивен спад, но също така поставят основата за разработването на мултимодални невроизобразяващи биомаркери и целенасочени стратегии за ранна интервенция.

източници: