Un estudio a gran escala revela patrones funcionales y estructurales comunes del envejecimiento cerebral

Un estudio a gran escala revela patrones funcionales y estructurales comunes del envejecimiento cerebral

El envejecimiento saludable conduce a cambios paralelos en la actividad funcional del cerebro y la morfología estructural, pero la interacción entre estos cambios sigue sin estar clara. El equipo del Prof. Yuhui Du de la Facultad de Informática y Tecnología de la Información de la Universidad de Shanxi, en colaboración con el Prof. Vince D. Calhoun (Universidad Estatal de Georgia), analizó datos de neuroimagen multimodal de 27.793 voluntarios sanos (de entre 49 y 76 años) en el Biobanco del Reino Unido. Propusieron un marco unificado para la predicción de la edad cerebral unimodal y multimodal y el análisis conjunto del envejecimiento funcional-estructural, que caracteriza sistemáticamente varios patrones de envejecimiento sinérgicos y contradictorios entre la conectividad de red funcional (FNC) y el volumen de materia gris (GMV). Es importante destacar que estos patrones articulares también se asociaron con un deterioro cognitivo específico. El estudio, titulado “Patrones de envejecimiento conjunto en la función cerebral y los ingresos estructurales utilizando 27,793 muestras”, se publicó en Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

fondo

El deterioro cognitivo relacionado con la edad está estrechamente relacionado con cambios en la estructura del cerebro y las interacciones funcionales. La mayoría de los estudios de neuroimagen anteriores han examinado el envejecimiento utilizando una única modalidad, ya sea resonancia magnética estructural (sMRI) o conectividad funcional derivada de la fMRI en estado de reposo (rs-fMRI). Sin embargo, la función y la estructura del cerebro están vinculadas y se desarrollan juntas a medida que envejecemos. Estudiar sólo una modalidad dificulta descifrar los verdaderos mecanismos del envejecimiento cognitivo. Además, muchos estudios multimodales sobre el envejecimiento cerebral simplemente vinculan las características funcionales y estructurales, lo que a menudo da como resultado que las características estructurales más fuertes eclipsen las contribuciones funcionales más sutiles. Esto puede hacer que se pasen por alto patrones reales de envejecimiento de las articulaciones.

Progreso de la investigación

Para abordar estos desafíos, los autores desarrollaron un marco multimodal unificado para la predicción de la edad cerebral y el análisis del envejecimiento de las articulaciones (Fig. 1). Específicamente, la edad se predijo por separado de la FNC y GMV de todo el cerebro utilizando una regresión de lazo anidada, de dos niveles y con validación cruzada de 10 veces, lo que resultó en características funcionales y estructurales sólidas relacionadas con la edad. Las características clave de FNC y GMV identificadas a partir de modalidades individuales se fusionaron y evaluaron bajo el mismo esquema de validación cruzada anidada para garantizar una comparación multimodal justa y evitar el dominio estructural. Finalmente, cada FNC confiable se emparejó con los GMV de sus dos regiones conectadas para formar cambios de envejecimiento comunes, lo que permitió la caracterización sistemática de cambios funcional-estructurales sinérgicos (o contradictorios) y su relevancia cognitiva.

El estudio confirmó que los modelos basados ​​en GMV superaron a los modelos basados ​​en FNC en la predicción de la edad, lo que indica una mayor sensibilidad estructural al envejecimiento. Fundamentalmente, el modelo multimodal que combina funciones FNC y GMV logró la mayor precisión de predicción (Fig. 2), lo que destaca la necesidad de un análisis integrado para una comprensión integral del envejecimiento cerebral.

Un análisis más detallado de los cambios comunes de FNC-GMV reveló dos patrones de envejecimiento primarios (Fig. 3):
Cambios sinérgicos: Disminuciones simultáneas en la fuerza de FNC y GMV, observadas predominantemente en el cerebelo, el polo frontal, la circunvolución paracingulada y la corteza precuneus. Este patrón sugiere una degeneración funcional y estructural coordinada en regiones que controlan el control motor y la cognición de orden superior.

Cambios conflictivos: aumento de la FNC junto con una reducción del GMV que se produce principalmente en áreas visuales como el polo occipital y la corteza occipital lateral. Esto sugiere una mejora funcional adaptativa para contrarrestar el deterioro estructural.

En particular, ciertos cambios articulares se asociaron fuertemente con deterioros en ciertos dominios cognitivos (Fig. 4). Los cambios conflictivos en las áreas visuales se correlacionaron más fuertemente con la inteligencia fluida y la memoria numérica, lo que refleja el mantenimiento adaptativo del procesamiento de la información visual. Por el contrario, la disminución sinérgica entre la crus cerebelosa I y la circunvolución paracingulada se asoció con un tiempo de reacción más lento, lo que sugiere efectos directos del deterioro de los circuitos sensoriomotores y atencionales.

Importancia y perspectivas de futuro

Este estudio a gran escala proporciona evidencia directa de cambios funcionales y estructurales comunes en el envejecimiento cerebral saludable y descubre un proceso dinámico complejo que involucra tanto una degeneración sinérgica generalizada como una adaptación compensatoria localizada. Los resultados no sólo amplían nuestra comprensión de los mecanismos neurobiológicos que subyacen al deterioro cognitivo diferencial, sino que también sientan las bases para el desarrollo de biomarcadores de neuroimagen multimodal y estrategias de intervención temprana específicas.

Fuentes: