Laiaulatuslik uuring paljastab aju vananemise ühised funktsionaalsed ja struktuursed mustrid

Laiaulatuslik uuring paljastab aju vananemise ühised funktsionaalsed ja struktuursed mustrid

Tervislik vananemine toob kaasa paralleelsed muutused aju funktsionaalses aktiivsuses ja struktuurses morfoloogias, kuid nende muutuste koosmõju jääb ebaselgeks. Prof Yuhui Du Shanxi ülikooli arvuti- ja infotehnoloogia kolledži töörühm analüüsis koostöös prof Vince D. Calhouniga (Gruusia osariigi ülikool) Ühendkuningriigi biopangas 27 793 terve vabatahtliku (vanuses 49–76 aastat) multimodaalset neuropildistamise andmeid. Nad pakkusid välja ühtse raamistiku ühe- ja multimodaalse aju vanuse ennustamiseks ja ühiseks funktsionaalse-struktuurse vananemise analüüsiks, mis iseloomustab süstemaatiliselt erinevaid sünergistlikke ja vastuolulisi vananemismustreid funktsionaalse võrguühenduse (FNC) ja halli aine mahu (GMV) vahel. Oluline on see, et need liigesemustrid olid seotud ka spetsiifilise kognitiivse langusega. Uuring pealkirjaga "Joint Aging Patterns in Brain Function and Structure Revenue using 27793 Samples" avaldati ajakirjas Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

taustal

Vanusega seotud kognitiivne langus on tihedalt seotud muutustega aju struktuuris ja funktsionaalsetes interaktsioonides. Enamik varasemaid neuropiltimise uuringuid on uurinud vananemist, kasutades ühte meetodit, kas struktuurset MRI-d (sMRI) või puhkeoleku fMRI-st (rs-fMRI) saadud funktsionaalset ühenduvust. Aju funktsioon ja struktuur on aga seotud ja arenevad koos vananedes. Ainult ühe modaalsuse uurimine muudab kognitiivse vananemise tegelike mehhanismide dešifreerimise keeruliseks. Lisaks seovad paljud multimodaalsed aju vananemise uuringud lihtsalt funktsionaalseid ja struktuurseid omadusi, mille tulemuseks on sageli tugevamad struktuuriomadused, mis varjutavad peenemat funktsionaalset panust. See võib põhjustada tõeliste liigeste vananemismustrite nägemata jätmist.

Teadustöö edenemine

Nende probleemide lahendamiseks töötasid autorid välja ühtse multimodaalse raamistiku aju vanuse ennustamiseks ja ühise vananemise analüüsiks (joonis 1). Täpsemalt ennustati vanust eraldi kogu aju FNC-st ja GMV-st, kasutades pesastatud, kahetasandilist, 10-kordset ristvalideeritud lasso regressiooni, mille tulemuseks olid tugevad vanusega seotud funktsionaalsed ja struktuursed omadused. Üksikute modaalsuste põhjal tuvastatud peamised FNC ja GMV funktsioonid liideti ja hinnati sama pesastatud ristvalideerimisskeemi alusel, et tagada õiglane multimodaalne võrdlus ja vältida struktuurset domineerimist. Lõpuks ühendati iga usaldusväärne FNC kahe ühendatud piirkonna GMV-ga, et moodustada ühised vananemismuutused, võimaldades sünergistlikke (või vastuolulisi) funktsionaal-struktuurilisi muutusi ja nende kognitiivset tähtsust süstemaatiliselt iseloomustada.

Uuring kinnitas, et GMV-põhised mudelid ületasid vanuse ennustamisel FNC-põhiseid mudeleid, mis näitab tugevamat struktuurset tundlikkust vananemise suhtes. Ülioluline on see, et FNC ja GMV funktsioone kombineeriv multimodaalne mudel saavutas suurima ennustustäpsuse (joonis 2), rõhutades vajadust integreeritud analüüsi järele, et mõista aju vananemist igakülgselt.

Tavaliste FNC-GMV muutuste edasine analüüs näitas kahte peamist vananemismustrit (joonis 3):
Sünergistlikud muutused: FNC tugevuse ja GMV samaaegne vähenemine, mida täheldatakse peamiselt väikeajus, eesmise pooluse, paratsingulate gyrus ja precuneus cortexis. See muster viitab koordineeritud funktsionaalsele ja struktuursele degeneratsioonile piirkondades, mis kontrollivad motoorset juhtimist ja kõrgema astme tunnetust.

Vastuolulised muutused: suurenenud FNC koos GMV vähenemisega, mis esineb peamiselt visuaalsetes piirkondades, nagu kuklaluu ​​poolus ja külgmine kuklakoor. See viitab adaptiivsele funktsionaalsele paranemisele, et võidelda struktuurilise languse vastu.

Eelkõige olid teatud liigesemuutused tugevalt seotud teatud kognitiivsete valdkondade halvenemisega (joonis 4). Vastuolulised muutused visuaalsetes piirkondades korreleerusid kõige tugevamalt vedeliku intelligentsuse ja numbrilise mäluga, peegeldades visuaalse teabe töötlemise adaptiivset hooldust. Seevastu sünergistlik langus väikeaju crus I ja paracingulate gyrus vahel oli seotud aeglasema reaktsiooniajaga, mis viitab sensomotoorse ja tähelepanu ahela halvenemise otsesele mõjule.

Tähtsus ja tulevikuväljavaated

See laiaulatuslik uuring annab otseseid tõendeid tavaliste funktsionaalsete ja struktuuriliste muutuste kohta terve aju vananemises ja paljastab keeruka dünaamilise protsessi, mis hõlmab nii laialt levinud sünergilist degeneratsiooni kui ka lokaliseeritud kompenseerivat kohanemist. Tulemused mitte ainult ei laienda meie arusaamist diferentsiaalse kognitiivse languse aluseks olevatest neurobioloogilistest mehhanismidest, vaid loovad ka aluse multimodaalsete neuropildistamise biomarkerite ja sihipäraste varajase sekkumise strateegiate väljatöötamiseks.

Allikad: