Egy nagyszabású tanulmány feltárja az agy öregedésének gyakori funkcionális és szerkezeti mintáit

Egy nagyszabású tanulmány feltárja az agy öregedésének gyakori funkcionális és szerkezeti mintáit

Az egészséges öregedés párhuzamos változásokhoz vezet az agy funkcionális aktivitásában és szerkezeti morfológiájában, de e változások közötti kölcsönhatás továbbra is tisztázatlan. Prof. Yuhui Du csapata a Shanxi Egyetem Számítástechnikai és Információtechnológiai Főiskoláján Prof. Vince D. Calhounnal (Georgia Állami Egyetem) együttműködve 27 793 egészséges önkéntes (49-76 év közötti) multimodális neuroimaging adatait elemezte az Egyesült Királyság Biobankjában. Egységes keretrendszert javasoltak az egymodális és multimodális agyi életkor előrejelzésére és a közös funkcionális-strukturális öregedéselemzésre, amely szisztematikusan jellemzi a funkcionális hálózati kapcsolat (FNC) és a szürkeállomány térfogata (GMV) különböző szinergikus és ellentmondásos öregedési mintáit. Fontos, hogy ezek az ízületi minták specifikus kognitív hanyatlással is jártak. A „Joint Aging Patterns in Brain Function and Structure Revenue Using 27 793 Samples” című tanulmányt a Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887) publikálták.

háttér

Az életkorral összefüggő kognitív hanyatlás szorosan összefügg az agy szerkezetének változásaival és a funkcionális interakciókkal. A legtöbb korábbi neuroimaging tanulmány egyetlen móddal vizsgálta az öregedést, akár strukturális MRI-vel (sMRI), akár nyugalmi állapotú fMRI-vel (rs-fMRI) levezetett funkcionális kapcsolattal. Az agy működése és szerkezete azonban összefügg, és együtt fejlődik az életkor előrehaladtával. Egyetlen modalitás tanulmányozása megnehezíti a kognitív öregedés valódi mechanizmusainak megfejtését. Ezenkívül sok multimodális agyi öregedési tanulmány egyszerűen összekapcsolja a funkcionális és szerkezeti jellemzőket, ami gyakran azt eredményezi, hogy az erősebb szerkezeti jellemzők háttérbe szorítják a finomabb funkcionális hozzájárulásokat. Ez a valódi ízületi öregedési minták elmaradását okozhatja.

A kutatás előrehaladása

E kihívások kezelésére a szerzők egységes multimodális keretrendszert dolgoztak ki az agy életkorának előrejelzésére és a közös öregedés elemzésére (1. ábra). Pontosabban, az életkort a teljes agyi FNC-től és a GMV-től elkülönítve jósolták meg egy beágyazott, kétszintű, 10-szeres kereszt-validált lasszó regresszió segítségével, ami robusztus, életkorral összefüggő funkcionális és szerkezeti jellemzőket eredményezett. Az egyes módozatokból azonosított kulcsfontosságú FNC- és GMV-jellemzőket összevonták és ugyanazon egymásba ágyazott keresztellenőrzési séma szerint értékelték ki, hogy biztosítsák a tisztességes multimodális összehasonlítást és megakadályozzák a strukturális dominancia kialakulását. Végül minden megbízható FNC-t párosítottak a két összekapcsolt régió GMV-jével, hogy közös öregedési változásokat hozzanak létre, lehetővé téve a szinergikus (vagy ellentmondásos) funkcionális-strukturális változások és kognitív relevanciájuk szisztematikus jellemzését.

A tanulmány megerősítette, hogy a GMV-alapú modellek felülmúlták az FNC-alapú modelleket az életkor előrejelzésében, ami erősebb szerkezeti érzékenységet jelez az öregedéssel szemben. Lényeges, hogy az FNC és GMV funkciókat kombináló multimodális modell a legmagasabb előrejelzési pontosságot érte el (2. ábra), ami rávilágít az integrált elemzés szükségességére az agy öregedésének átfogó megértéséhez.

A gyakori FNC-GMV változások további elemzése két elsődleges öregedési mintát tárt fel (3. ábra):
Szinergikus változások: Az FNC erő és a GMV egyidejű csökkenése, elsősorban a kisagyban, a frontális pólusban, a paracingulate gyrusban és a precuneus kéregben. Ez a minta összehangolt funkcionális és strukturális degenerációra utal azokban a régiókban, amelyek szabályozzák a motoros vezérlést és a magasabb rendű megismerést.

Ellentmondó változások: Fokozott FNC, GMV-csökkenéssel párosulva, elsősorban a vizuális területeken, például az occipitalis pólusban és az oldalsó occipitalis kéregben. Ez adaptív funkcionális javulásra utal a szerkezeti hanyatlás ellensúlyozására.

Nevezetesen, bizonyos ízületi elváltozások erősen összefüggtek bizonyos kognitív tartományok romlásával (4. ábra). A vizuális területeken tapasztalható ellentmondásos változások a legerősebben a folyékony intelligenciával és a numerikus memóriával korreláltak, ami a vizuális információfeldolgozás adaptív fenntartását tükrözi. Ezzel szemben a kisagyi crus I és a paracingulate gyrus közötti szinergikus hanyatlás lassabb reakcióidővel járt, ami a szenzomotoros és a figyelmi áramkörök romlásának közvetlen hatására utal.

Jelentősége és jövőbeli kilátásai

Ez a nagyszabású tanulmány közvetlen bizonyítékot szolgáltat az egészséges agyi öregedés gyakori funkcionális-strukturális változásaira, és egy összetett dinamikus folyamatot tár fel, amely kiterjedt szinergikus degenerációt és lokális kompenzációs alkalmazkodást is magában foglal. Az eredmények nemcsak bővítik ismereteinket a differenciális kognitív hanyatlás hátterében álló neurobiológiai mechanizmusokról, hanem megalapozzák a multimodális neuroimaging biomarkerek és a célzott korai beavatkozási stratégiák kifejlesztését is.

Források: