Estudo em larga escala revela padrões funcionais e estruturais comuns do envelhecimento cerebral

Estudo em larga escala revela padrões funcionais e estruturais comuns do envelhecimento cerebral

O envelhecimento saudável leva a mudanças paralelas na atividade funcional do cérebro e na morfologia estrutural, mas a interação entre essas mudanças permanece obscura. A equipe do professor Yuhui Du da Faculdade de Computação e Tecnologia da Informação da Universidade de Shanxi, em colaboração com o professor Vince D. Calhoun (Universidade Estadual da Geórgia), analisou dados de neuroimagem multimodal de 27.793 voluntários saudáveis ​​(com idades entre 49 e 76 anos) no Biobanco do Reino Unido. Eles propuseram uma estrutura unificada para previsão da idade cerebral monomodal e multimodal e análise conjunta do envelhecimento funcional-estrutural, que caracteriza sistematicamente vários padrões de envelhecimento sinérgicos e contraditórios entre a conectividade da rede funcional (FNC) e o volume de substância cinzenta (GMV). É importante ressaltar que esses padrões articulares também foram associados ao declínio cognitivo específico. O estudo, intitulado “Padrões de envelhecimento conjunto na função cerebral e receita de estrutura usando 27.793 amostras”, foi publicado na Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

fundo

O declínio cognitivo relacionado à idade está intimamente ligado a mudanças na estrutura cerebral e nas interações funcionais. A maioria dos estudos anteriores de neuroimagem examinou o envelhecimento usando uma única modalidade, seja ressonância magnética estrutural (sMRI) ou conectividade funcional derivada de fMRI em estado de repouso (rs-fMRI). No entanto, a função e a estrutura do cérebro estão ligadas e desenvolvem-se juntas à medida que envelhecemos. Estudar apenas uma modalidade dificulta a decifração dos verdadeiros mecanismos do envelhecimento cognitivo. Além disso, muitos estudos multimodais sobre envelhecimento cerebral simplesmente ligam características funcionais e estruturais, muitas vezes resultando em características estruturais mais fortes ofuscando contribuições funcionais mais sutis. Isso pode fazer com que os padrões reais de envelhecimento das articulações sejam perdidos.

Progresso da pesquisa

Para enfrentar esses desafios, os autores desenvolveram uma estrutura multimodal unificada para previsão da idade cerebral e análise do envelhecimento articular (Fig. 1). Especificamente, a idade foi prevista separadamente do FNC e GMV de todo o cérebro usando uma regressão de laço validada cruzada de 10 vezes, aninhada, de duas camadas, resultando em características funcionais e estruturais robustas relacionadas à idade. Os principais recursos FNC e GMV identificados em modalidades individuais foram mesclados e avaliados sob o mesmo esquema de validação cruzada aninhado para garantir uma comparação multimodal justa e evitar a dominância estrutural. Finalmente, cada FNC confiável foi emparelhado com os GMVs de suas duas regiões conectadas para formar alterações comuns do envelhecimento, permitindo a caracterização sistemática de alterações funcionais-estruturais sinérgicas (ou contraditórias) e sua relevância cognitiva.

O estudo confirmou que os modelos baseados em GMV superaram os modelos baseados em FNC na previsão da idade, indicando uma maior sensibilidade estrutural ao envelhecimento. Crucialmente, o modelo multimodal que combina as funções FNC e GMV alcançou a maior precisão de previsão (Fig. 2), destacando a necessidade de uma análise integrada para uma compreensão abrangente do envelhecimento cerebral.

Uma análise mais aprofundada das alterações comuns do FNC-GMV revelou dois padrões primários de envelhecimento (Fig. 3):
Alterações sinérgicas: Diminuições simultâneas na força do FNC e no GMV, predominantemente observadas no cerebelo, pólo frontal, giro paracingulado e córtex precuneus. Este padrão sugere degeneração funcional e estrutural coordenada em regiões que controlam o controle motor e a cognição de ordem superior.

Mudanças conflitantes: Aumento da FNC juntamente com redução do GMV ocorrendo principalmente em áreas visuais como o pólo occipital e o córtex occipital lateral. Isto sugere melhoria funcional adaptativa para neutralizar o declínio estrutural.

Notavelmente, certas alterações articulares foram fortemente associadas a deteriorações em certos domínios cognitivos (Fig. 4). Mudanças conflitantes nas áreas visuais correlacionaram-se mais fortemente com a inteligência fluida e a memória numérica, refletindo a manutenção adaptativa do processamento da informação visual. Em contraste, o declínio sinérgico entre o pilar I cerebelar e o giro paracingulado foi associado a um tempo de reação mais lento, sugerindo efeitos diretos da deterioração dos circuitos sensório-motores e atencionais.

Significado e perspectivas futuras

Este estudo em grande escala fornece evidências diretas de mudanças funcionais e estruturais comuns no envelhecimento saudável do cérebro e revela um processo dinâmico complexo que envolve tanto a degeneração sinérgica generalizada quanto a adaptação compensatória localizada. Os resultados não só expandem a nossa compreensão dos mecanismos neurobiológicos subjacentes ao declínio cognitivo diferencial, mas também estabelecem as bases para o desenvolvimento de biomarcadores de neuroimagem multimodais e estratégias de intervenção precoce direcionadas.

Fontes: