Studiul la scară largă dezvăluie modele funcționale și structurale comune ale îmbătrânirii creierului

Studiul la scară largă dezvăluie modele funcționale și structurale comune ale îmbătrânirii creierului

Îmbătrânirea sănătoasă duce la modificări paralele ale activității funcționale a creierului și ale morfologiei structurale, dar interacțiunea dintre aceste modificări rămâne neclară. Echipa prof. Yuhui Du de la College of Computer and Information Technology, Shanxi University, în colaborare cu Prof. Vince D. Calhoun (Georgia State University), a analizat datele neuroimagistice multimodale de la 27.793 de voluntari sănătoși (cu vârste cuprinse între 49-76 de ani) din Biobank din Marea Britanie. Ei au propus un cadru unificat pentru predicția monomodală și multimodală a vârstei creierului și analiza îmbătrânirii funcționale-structurale comune, care caracterizează sistematic diverse modele de îmbătrânire sinergice și contradictorii între conectivitatea funcțională a rețelei (FNC) și volumul materiei cenușii (GMV). Foarte important, aceste modele articulare au fost, de asemenea, asociate cu declinul cognitiv specific. Studiul, intitulat „Joint Aging Patterns in Brain Function and Structure Revenue Using 27,793 Samples”, a fost publicat în Research (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

fundal

Declinul cognitiv legat de vârstă este strâns legat de schimbările în structura creierului și interacțiunile funcționale. Majoritatea studiilor anterioare de neuroimagistică au examinat îmbătrânirea utilizând o singură modalitate, fie RMN structural (sMRI), fie conectivitate funcțională derivată din starea de repaus fMRI (rs-fMRI). Cu toate acestea, funcția și structura creierului sunt legate și se dezvoltă împreună pe măsură ce îmbătrânim. Studierea unei singure modalități face dificilă descifrarea adevăratelor mecanisme ale îmbătrânirii cognitive. În plus, multe studii multimodale de îmbătrânire a creierului leagă pur și simplu caracteristicile funcționale și structurale, rezultând adesea în caracteristicile structurale mai puternice umbrind contribuții funcționale mai subtile. Acest lucru poate face ca modelele reale de îmbătrânire a articulațiilor să fie ratate.

Progresul cercetării

Pentru a aborda aceste provocări, autorii au dezvoltat un cadru multimodal unificat pentru predicția vârstei creierului și analiza îmbătrânirii comune (Fig. 1). Mai exact, vârsta a fost prezisă separat de FNC și GMV ale creierului întreg, folosind o regresie lasso validată încrucișată, cu două niveluri, de 10 ori, rezultând caracteristici funcționale și structurale robuste legate de vârstă. Caracteristicile cheie FNC și GMV identificate din modalitățile individuale au fost fuzionate și evaluate în cadrul aceleiași scheme de validare încrucișată imbricată pentru a asigura o comparație multimodală echitabilă și pentru a preveni dominanța structurală. În cele din urmă, fiecare FNC de încredere a fost asociat cu GMV-urile celor două regiuni conectate pentru a forma modificări comune de îmbătrânire, permițând caracterizarea sistematică a modificărilor funcționale-structurale sinergice (sau contradictorii) și relevanța lor cognitivă.

Studiul a confirmat că modelele bazate pe GMV au depășit modelele bazate pe FNC în predicția vârstei, indicând o sensibilitate structurală mai puternică la îmbătrânire. În mod esențial, modelul multimodal care combină funcțiile FNC și GMV a obținut cea mai mare precizie de predicție (Fig. 2), subliniind necesitatea unei analize integrate pentru o înțelegere cuprinzătoare a îmbătrânirii creierului.

O analiză ulterioară a modificărilor comune FNC-GMV a relevat două modele primare de îmbătrânire (Fig. 3):
Modificări sinergice: Scăderi simultane ale forței FNC și GMV, observate predominant la nivelul cerebelului, polului frontal, girusului paracingulat și cortexului precuneus. Acest model sugerează degenerarea funcțională și structurală coordonată în regiunile care controlează controlul motor și cogniția de ordin superior.

Modificări conflictuale: creșterea FNC cuplată cu reducerea GMV care apare în principal în zonele vizuale, cum ar fi polul occipital și cortexul occipital lateral. Acest lucru sugerează o îmbunătățire funcțională adaptivă pentru a contracara declinul structural.

În special, anumite modificări articulare au fost puternic asociate cu deteriorări în anumite domenii cognitive (Fig. 4). Schimbările conflictuale în zonele vizuale s-au corelat cel mai puternic cu inteligența fluidă și memoria numerică, reflectând întreținerea adaptivă a procesării informațiilor vizuale. Spre deosebire de aceasta, declinul sinergic dintre crusul I cerebelos și girusul paracingulat a fost asociat cu un timp de reacție mai lent, sugerând efecte directe ale deteriorării circuitelor senzoriomotorii și atenționale.

Semnificație și perspective de viitor

Acest studiu la scară largă oferă dovezi directe pentru schimbările funcționale-structurale comune în îmbătrânirea creierului sănătos și descoperă un proces dinamic complex care implică atât degenerarea sinergică pe scară largă, cât și adaptarea compensatorie localizată. Rezultatele nu numai că ne extind înțelegerea mecanismelor neurobiologice care stau la baza declinului cognitiv diferențial, dar pun, de asemenea, o bază pentru dezvoltarea biomarkerilor neuroimagini multimodali și a strategiilor de intervenție timpurie țintite.

Surse: