Obsežna študija razkriva skupne funkcionalne in strukturne vzorce staranja možganov

Obsežna študija razkriva skupne funkcionalne in strukturne vzorce staranja možganov

Zdravo staranje vodi do vzporednih sprememb v funkcionalni aktivnosti možganov in strukturni morfologiji, vendar medsebojni vpliv teh sprememb ostaja nejasen. Ekipa prof. Yuhui Duja na Visoki šoli za računalništvo in informacijsko tehnologijo Univerze Shanxi je v sodelovanju s prof. Vinceom D. Calhounom (Georgia State University) analizirala multimodalne podatke o slikanju nevronov 27.793 zdravih prostovoljcev (starih 49–76 let) v Biobank Združenega kraljestva. Predlagali so enoten okvir za enomodalno in multimodalno napovedovanje starosti možganov ter skupno funkcionalno-strukturno analizo staranja, ki sistematično karakterizira različne sinergistične in protislovne vzorce staranja med funkcionalno mrežno povezljivostjo (FNC) in volumnom sive snovi (GMV). Pomembno je, da so bili ti vzorci sklepov povezani tudi s posebnim kognitivnim upadom. Študija z naslovom »Vzorci staranja sklepov v možganski funkciji in strukturi prihodkov z uporabo 27.793 vzorcev« je bila objavljena v raziskavi (2025, 8:0887; DOI: 10.34133/research.0887).

ozadje

S starostjo povezan kognitivni upad je tesno povezan s spremembami v možganski strukturi in funkcionalnih interakcijah. Večina prejšnjih študij slikanja nevronov je preučevala staranje z uporabo ene same modalnosti, bodisi strukturnega MRI (sMRI) ali funkcionalne povezljivosti, ki izhaja iz fMRI v stanju mirovanja (rs-fMRI). Vendar sta delovanje in struktura možganov povezani in se skupaj razvijata, ko se staramo. Preučevanje samo ene modalnosti otežuje dešifriranje resničnih mehanizmov kognitivnega staranja. Poleg tega številne multimodalne študije staranja možganov preprosto povezujejo funkcionalne in strukturne značilnosti, kar pogosto povzroči, da močnejše strukturne značilnosti zasenčijo bolj subtilne funkcionalne prispevke. To lahko povzroči, da se dejanski vzorci staranja sklepov spregledajo.

Napredek raziskav

Za reševanje teh izzivov so avtorji razvili enoten multimodalni okvir za napovedovanje starosti možganov in skupno analizo staranja (slika 1). Natančneje, starost je bila predvidena ločeno od FNC in GMV celih možganov z uporabo ugnezdene, dvonivojske, 10-krat navzkrižno potrjene laso regresije, kar je povzročilo robustne funkcionalne in strukturne značilnosti, povezane s starostjo. Ključne značilnosti FNC in GMV, identificirane iz posameznih modalitet, so bile združene in ovrednotene v okviru iste ugnezdene sheme navzkrižne validacije, da se zagotovi poštena multimodalna primerjava in prepreči strukturna prevlada. Nazadnje je bil vsak zanesljiv FNC seznanjen z GMV svojih dveh povezanih regij, da bi oblikovali skupne spremembe staranja, kar je omogočilo sistematično karakterizacijo sinergističnih (ali protislovnih) funkcionalno-strukturnih sprememb in njihovega kognitivnega pomena.

Študija je potrdila, da so modeli, ki temeljijo na GMV, boljši od modelov, ki temeljijo na FNC, pri napovedovanju starosti, kar kaže na večjo strukturno občutljivost na staranje. Bistveno je, da je multimodalni model, ki združuje funkcije FNC in GMV, dosegel najvišjo natančnost napovedi (slika 2), kar poudarja potrebo po integrirani analizi za celovito razumevanje staranja možganov.

Nadaljnja analiza pogostih sprememb FNC-GMV je pokazala dva primarna vzorca staranja (slika 3):
Sinergistične spremembe: sočasno zmanjšanje moči FNC in GMV, pretežno opaženo v malih možganih, čelnem polu, paracingularnem girusu in skorji prekuneusa. Ta vzorec kaže na usklajeno funkcionalno in strukturno degeneracijo v regijah, ki nadzorujejo motorični nadzor in kognicijo višjega reda.

Nasprotujoče si spremembe: povečan FNC skupaj z zmanjšanjem GMV, ki se pojavlja predvsem v vidnih področjih, kot sta okcipitalni pol in lateralna okcipitalna skorja. To nakazuje prilagodljivo funkcionalno izboljšanje za preprečevanje strukturnega upada.

Predvsem so bile nekatere spremembe sklepov močno povezane s poslabšanji na nekaterih kognitivnih področjih (slika 4). Konfliktne spremembe v vizualnih območjih so bile najmočneje povezane s tekočo inteligenco in numeričnim spominom, kar odraža prilagodljivo vzdrževanje obdelave vizualnih informacij. Nasprotno pa je bil sinergistični upad med cerebelarnim križem I in paracingularnim girusom povezan s počasnejšim reakcijskim časom, kar kaže na neposredne učinke poslabšanja senzomotoričnih in pozornostnih vezij.

Pomen in prihodnji obeti

Ta obsežna študija zagotavlja neposredne dokaze za običajne funkcionalno-strukturne spremembe pri zdravem staranju možganov in razkriva kompleksen dinamičen proces, ki vključuje tako razširjeno sinergistično degeneracijo kot lokalizirano kompenzacijsko prilagoditev. Rezultati ne le širijo našega razumevanja nevrobioloških mehanizmov, ki so podlaga za diferencialni kognitivni upad, ampak tudi postavljajo temelje za razvoj multimodalnih biomarkerjev nevroslikovanja in ciljnih strategij zgodnjega posredovanja.

Viri: