Liela mēroga pētījums atklāj smadzeņu novecošanas kopējos funkcionālos un strukturālos modeļus

Liela mēroga pētījums atklāj smadzeņu novecošanas kopējos funkcionālos un strukturālos modeļus

Veselīga novecošana izraisa paralēlas izmaiņas smadzeņu funkcionālajā aktivitātē un strukturālajā morfoloģijā, taču šo izmaiņu mijiedarbība joprojām ir neskaidra. Prof. Yuhui Du komanda Šansji Universitātes Datoru un informācijas tehnoloģiju koledžā sadarbībā ar prof. Vince D. Calhoun (Džordžijas Valsts universitāte) analizēja multimodālās neiroattēlveidošanas datus no 27 793 veseliem brīvprātīgajiem (vecumā no 49 līdz 76 gadiem) Apvienotās Karalistes Biobankā. Viņi ierosināja vienotu sistēmu vienmodāla un multimodāla smadzeņu vecuma prognozēšanai un kopīgai funkcionāli strukturālai novecošanās analīzei, kas sistemātiski raksturo dažādus sinerģiskus un pretrunīgus novecošanas modeļus starp funkcionālā tīkla savienojamību (FNC) un pelēkās vielas tilpumu (GMV). Svarīgi, ka šie locītavu modeļi bija saistīti arī ar specifisku kognitīvo samazināšanos. Pētījums ar nosaukumu “Locītavu novecošanās modeļi smadzeņu funkcijās un struktūras ieņēmumos, izmantojot 27 793 paraugus” tika publicēts Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

fons

Ar vecumu saistīta kognitīvā samazināšanās ir cieši saistīta ar izmaiņām smadzeņu struktūrā un funkcionālajā mijiedarbībā. Lielākajā daļā iepriekšējo neiroattēlveidošanas pētījumu ir pārbaudīta novecošanās, izmantojot vienu modalitāti, vai nu strukturālo MRI (sMRI), vai funkcionālo savienojumu, kas iegūts no miera stāvokļa fMRI (rs-fMRI). Tomēr smadzeņu darbība un struktūra ir saistītas un attīstās kopā, mums novecojot. Pētot tikai vienu modalitāti, ir grūti atšifrēt patiesos kognitīvās novecošanas mehānismus. Turklāt daudzi multimodāli smadzeņu novecošanas pētījumi vienkārši saista funkcionālās un strukturālās iezīmes, kā rezultātā bieži vien spēcīgākas strukturālās iezīmes aizēno smalkākus funkcionālos ieguldījumus. Tas var izraisīt reālu locītavu novecošanas modeļu nepamanīšanu.

Pētījuma progress

Lai risinātu šīs problēmas, autori izstrādāja vienotu multimodālu sistēmu smadzeņu vecuma prognozēšanai un locītavu novecošanās analīzei (1. att.). Konkrētāk, vecums tika prognozēts atsevišķi no visas smadzeņu FNC un GMV, izmantojot ligzdotu, divu līmeņu, 10 reizes krusteniski apstiprinātu laso regresiju, kā rezultātā tika iegūtas stabilas ar vecumu saistītas funkcionālās un strukturālās īpašības. Galvenās FNC un GMV pazīmes, kas identificētas no atsevišķām modalitātēm, tika apvienotas un novērtētas saskaņā ar to pašu ligzdoto savstarpējās validācijas shēmu, lai nodrošinātu godīgu multimodālu salīdzinājumu un novērstu strukturālu dominēšanu. Visbeidzot, katrs uzticamais FNC tika savienots pārī ar tā divu savienoto reģionu GMV, lai izveidotu kopīgas novecošanas izmaiņas, ļaujot sistemātiski raksturot sinerģiskas (vai pretrunīgas) funkcionāli strukturālās izmaiņas un to kognitīvo nozīmi.

Pētījums apstiprināja, ka uz GMV balstīti modeļi vecuma prognozēšanā pārspēja uz FNC balstītus modeļus, norādot uz spēcīgāku strukturālo jutību pret novecošanos. Būtiski, ka multimodālais modelis, kas apvieno FNC un GMV funkcijas, sasniedza visaugstāko prognozēšanas precizitāti (2. att.), uzsverot nepieciešamību pēc integrētas analīzes, lai visaptveroši izprastu smadzeņu novecošanos.

Turpmāka kopējo FNC-GMV izmaiņu analīze atklāja divus primāros novecošanas modeļus (3. attēls):
Sinerģiskas izmaiņas: vienlaicīga FNC spēka un GMV samazināšanās, kas galvenokārt novērota smadzenītēs, frontālajā polā, paracingulate gyrus un precuneus garozā. Šis modelis liecina par koordinētu funkcionālu un strukturālu deģenerāciju reģionos, kas kontrolē motora vadību un augstākas pakāpes izziņu.

Konfliktējošas izmaiņas: palielināts FNC kopā ar GMV samazināšanos, kas galvenokārt notiek redzes zonās, piemēram, pakauša polā un sānu pakauša garozā. Tas liecina par adaptīvu funkcionālu uzlabojumu, lai novērstu strukturālo lejupslīdi.

Konkrēti, dažas locītavu izmaiņas bija cieši saistītas ar dažu kognitīvo jomu pasliktināšanos (4. att.). Pretrunīgas izmaiņas vizuālajās zonās visspēcīgāk korelēja ar šķidruma inteliģenci un skaitlisko atmiņu, atspoguļojot vizuālās informācijas apstrādes adaptīvo uzturēšanu. Turpretī sinerģiskā samazināšanās starp smadzenīšu krustu I un paracingulate gyrus bija saistīta ar lēnāku reakcijas laiku, kas liecina par sensoromotora un uzmanības shēmas pasliktināšanās tiešu ietekmi.

Nozīme un nākotnes izredzes

Šis liela mēroga pētījums sniedz tiešus pierādījumus par kopīgām funkcionālām un strukturālām izmaiņām veselīgā smadzeņu novecošanā un atklāj sarežģītu dinamisku procesu, kas ietver gan plaši izplatītu sinerģisku deģenerāciju, gan lokalizētu kompensējošu adaptāciju. Rezultāti ne tikai paplašina mūsu izpratni par neirobioloģiskajiem mehānismiem, kas ir diferenciālās kognitīvās lejupslīdes pamatā, bet arī veido pamatu multimodālu neiroattēlveidošanas biomarķieru un mērķtiecīgu agrīnas iejaukšanās stratēģiju izstrādei.

Avoti: