Asociace mezi výkonnými funkčními schopnostmi, volnou vodou a mikrostrukturou bílé hmoty v raném stáří, část 3

7.1. Asociace mezi exekutivní funkcí a mikrostrukturou bílé hmoty

Asociace mezi faktory EF a měřeními mikrostruktury FW a bílé hmoty jsou uvedeny v tabulce 2. Odpovídající asociace mezi všemi kovariátami a měřeními mikrostruktury FW a bílé hmoty z těchto modelů jsou zobrazeny v tabulce 3.

V posledních letech četné studie ukázaly, že existuje úzká souvislost mezi lidskou pamětí a mikrostrukturou bílé hmoty mozku. Bílá hmota je tvořena mnoha nervovými vlákny a jejich podpůrnou tkání a její funkcí je spojovat různé oblasti mozku nervovými vlákny. Pro učení a paměť lidského mozku je zásadní zdravá a kompletní neuronová síť bílé hmoty.

Nezdravý stav mikrostruktury bílé hmoty může přispívat k degradaci paměti a kognitivnímu poklesu. Studie ukázaly, že degenerace bílé hmoty je také jednou ze základních příčin neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba. Tato degenerace může vést k poškození a ztrátě spojení v nervových vláknech, což ovlivňuje přenos informací v různých oblastech mozku, zhoršuje úpadek kognitivních funkcí a ztrátu paměti.

Existují však také studie, které dokazují, že lidé si mohou udržet zdraví bílé hmoty mozkové a udržet si dobrou paměť a kognitivní schopnosti zlepšením svého životního stylu a návyků chování. Například dobrá výživa a dostatečný spánek mohou poskytnout energii potřebnou pro mozek a protein potřebný k opravě buněk; pravidelné cvičení může stimulovat tvorbu neuronů a neuromů; učení se novým znalostem, procvičování paměti a myšlení může stimulovat a udržovat nervová vlákna. Konektivita; zůstat společensky zapojený může zlepšit kognitivní mozkovou aktivitu a duševní zdraví.

Neustálý pokrok dnešní lékařské technologie, jako je technologie neurozobrazování, navíc může lékařům pomoci pozorovat mikrostrukturu bílé hmoty pacientů pro včasnou detekci a léčbu některých onemocnění a příznaků souvisejících s degenerací bílé hmoty.

Proto je zachování mikrostruktury bílé hmoty klíčové pro udržení zdraví mozku a paměti. Lidé mohou neustále zlepšovat své zdraví pomocí dobrých životních návyků a lékařských technologií, aby si udrželi zdravou a úplnou neuronovou síť bílé hmoty, čímž se stávají chytřejšími, kreativnějšími a energičtějšími. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť. Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinnost mletého masa vychází z různých aktivních složek, které obsahuje, včetně kyselin, polysacharidů, flavonoidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku různými způsoby.

Klikněte na možnost poznat způsoby, jak zlepšit funkci mozku

Analýzy byly prováděny samostatně pro každý trakt a každou metriku (FW, FAFWcorr a MDFWcorr), ale asociace mezi jakoukoli danou metrikou a faktorem Společným EF a faktorem specifickým pro pracovní paměť byly odhadnuty v rámci stejného modelu.

Korekce FDR v tabulce 2 byly založeny pouze na všech p-hodnotách z tohoto sloupce (např. napříč všemi asociacemi mezi společným faktorem EF a metrikami FW, se samostatnými korekcemi FDR pro FAFWcorr a MDFWcorr; 3 další sady oprav FDR byly zkoumány na souvislosti mezi pracovními Paměťově specifické a FW, FAFWcorr a MDFWcorr). Příklad těchto analýz je zobrazen na obr. 3 (pro FW napříč všemi trakty).

Společný EF faktor byl spojen s FW v 9 z 11 traktů bílé hmoty (a měření „všech traktů“). Ve všech případech více FW odpovídalo nižší schopnosti Common EF (rozsah v=-0.15 až -0.26). Common EF nebyl spojen s FAFWcorr nebo MDFWcorr v žádném z traktu. Faktor specifický pro pracovní paměť souvisel s větší FWWcorr v IFG Triangularis (= 0.21), ale ne s jinými metrikami FW nebo mikrostruktury bílé hmoty po korekci FDR.

Analýzy po vyloučení jedinců s MCI jsou zobrazeny v tabulce 4. U běžné EF a FW byly negativní asociace po korekci FDR nevýznamné, i když významné asociace byly pozorovány u 2 z 11 úseků bílé hmoty na základě nekorigovaných hodnot p (cingulum a fasciculus unicinate). Asociace se zbývajícími trakty byly oslabeny přibližně na polovinu (rozsah=-0.09 až -0,15). U faktoru specifického pro pracovní paměť zůstala asociace s FA v IFG Triangularis významná i po korekci FDR (= 0.25). Kromě toho byly pozorovány významné souvislosti pro FA v dolním podélném fascikulu a horním podélném fascikulu (= 0,26 a 0,28, v tomto pořadí).

7.2. Interakce mezi kognitivní rezervou a mikrostrukturou bílé hmoty

Dále jsme v úplném vzorku (tj. včetně jedinců s MCI a chybějícími diagnózami MCI) zopakovali stejnou sadu analýz po přidání obecné kognitivní schopnosti věku 20 let a její interakce s příslušným měřením bílé hmoty do regresního modelu. Prováděli jsme pouze moderační analýzy pro měření bílé hmoty významně spojené s EF faktory v primárních analýzách (tj. společné EF a FW v 9 traktech a měření „všech traktů“, specifické pro pracovní paměť a FAFWcorr pouze v traktu IFG Triangularis).

Results are displayed in Table 5. Although AFQT scores were strongly predictive of Common EF (βs = 0.41 to 0.64), they did not moderate any of the associations between the EF factors and FW described above (all uncorrected ps >{{0}}.243, ps s korekcí FDR > 0,782). Nakonec jsme provedli analýzy citlivosti s použitím dichotomického skóre pro kognitivní rezervu (tj. seskupení subjektů podle výše nebo pod průměr), které také neodhalily žádný důkaz, že by kognitivní rezerva zmírňovala asociace mezi EF faktory a FW nebo FA (viz doplňková tabulka S3).

8. Diskuse

Cílem studie bylo lépe porozumět souvislostem mezi schopnostmi EF a mikrostrukturou bílé hmoty u starších dospělých. Výsledky ukázaly, že schopnosti EF (konkrétně společný EF faktor zahrnující výkon v 6 úkolech) byly spojeny s FW napříč téměř všemi zde zkoumanými kortikálními trakty, ale ne s FAFWcorr nebo MDFWcorr. Větší schopnost Common EF byla spojena s menší FW. Tyto nálezy odrážejí souvislosti s věkem, který byl spojen s volnou vodou ve všech kortikálních traktech, ale pouze v některých traktech spojen s FAFWcorr nebo MDFWcorr.

Tyto výsledky jsou v souladu se dvěma nedávnými studiemi, které naznačovaly, že EF jsou spojeny s FW (ale ne FAFWcorr nebo MDFWcorr) staršími vzorky dospělých (Archer et al., 2020; Maillard et al., 2019). Tyto předchozí studie se zaměřovaly na vzorky s vysokou mírou MCI (~50 %) a naše studie rozšiřuje tato zjištění na mírně mladší vzorek s podstatně nižší prevalencí MCI. Důležité je, že po vyloučení jedinců s MCI (13,7 % vzorku) byly výše popsané asociace mezi Common EF a FW nevýznamné, což naznačuje, že jedinci s MCI mohou být hnacím motorem mnoha pozorovaných asociací FW, ačkoli existovaly určité důkazy, že Common EF zůstala asociována s FW v cingulum a uncinate (na základě hrubých hodnot). Rozšířené asociace mezi Common EF a FW lze tedy primárně pozorovat ve vzorcích s některými případy MCI/AD.

Dalším vysvětlením nedostatku významnosti mnoha traktů po vyloučení případů MCI je snížená síla v menším kognitivně normálním vzorku (s omezeným rozsahem skóre). Nicméně asociace mezi Common EF a FW byly asi poloviční než při zahrnutí účastníků s MCI (tabulka 2 vs. tabulka 4), což naznačuje, že rozdíly nejsou způsobeny pouze zmenšením velikosti vzorku. EF tedy může mírně souviset s FW u kognitivně normálních jedinců, s asociacemi pozorovanými potenciálně pro frontálně připojené trakty (např. theuncinate a cingulum) při normálním stárnutí. To je v souladu s představou, že metriky FW primárně zachycují neurodegeneraci (Pasternaket al., 2012), přičemž individuální rozdíly ve FW nejsou silně spojeny s kognitivními schopnostmi, dokud neproběhne určitá neurodegenerace.

Další nedávná studie kognitivně normálních starších dospělých odhalila podobné negativní souvislosti mezi FW a tekutinovou kognicí (která zahrnovala více úkolů EF) v některých, ale ne ve všech, traktech bílé hmoty (včetně cingulum a SLF) a žádné asociace s FWcorr v žádném z kandidátských traktů ( Gullett a kol., 2020). Proto mohou být asociace mezi Common EF a FW relativně omezené na určité oblasti mozku v dospělosti a normálním stárnutí, ale s věkem a/nebo časnou patologií AD se rozšiřují ozubení. V obou případech se přidružení jeví jako jedinečné pro FW spíše než pro metriky FAFWcorr nebo MDFWcorr.

Protože se jednalo o jednu z prvních studií, která zkoumala tyto asociace na úrovni latentních faktorů, byli jsme také schopni prozkoumat asociace mezi variacemi jedinečnými pro úlohy pracovní paměti, které ještě nebyly zachyceny Common EF (tj. faktorem specifickým pro pracovní paměť). Výsledky v celém vzorku (včetně jedinců s MCI) byly v souladu s dřívější studií mladších dospělých, ve kterých specifická schopnost aktualizace pracovní paměti nebyla spojena s mikrostrukturou bílé hmoty (Smolker et al., 2018), ačkoli metriky FA a MD nebyly korigovány FW v této předchozí studii. Nicméně faktor specifický pro pracovní paměť byl spojen s FAFWcorr v IFG-Triangularis v primární analýze (včetně účastníků s MCI) as FAFWcorr ve třech traktech (IFG-Triangularis, inferior a superior longitudinální fasciculus) po vyloučení účastníků s MCI.

Bude důležité dále prozkoumat tyto nové asociace se specifickou pracovní pamětí, abychom porozuměli těmto pozitivním asociacím s FAFWcorr, včetně toho, proč byly některé asociace pozorovány pouze u inkognitivně normálních jedinců. Důležité je, že existovalo jen málo důkazů pro rozdíly na úrovni skupiny ve FAFWcorr mezi kognitivně normálními a MCI subjekty (viz tabulka S3), což naznačuje, že nedostatek asociace v úplném vzorku nebyl způsoben subjekty MCI s nižší FAFWcorr. Individuální rozdíly zachycené mikrostrukturálními opatřeními mohou být spíše jemnější a vrhnout světlo na individuální variabilitu při normálním stárnutí. To znamená, že zatímco FW metriky zachycují neurodegeneraci nebo axonální degradaci (a proto se týkají kognitivních schopností po nějaké atrofii), mikrostrukturální opatření mohou řekněte nám více o normální funkci a/nebo mohou být užitečné v prediktivních studiích. To by bylo v souladu s předchozí prací, která ukázala, že FW byl silně spojen s neurodegenerací (např. objem hipokampu), ale FAFWcorr ve fornixu interagoval s objemem hipokampu, aby předpověděl budoucí pokles výkonných funkcí (Archer et al., 2020).

Bez ohledu na to tato zjištění zdůrazňují důležitost zvážení role MCI v těchto asociacích a odděleného hodnocení kognitivních korelátů mikrostruktury bílé hmoty u kognitivně normálních jedinců. Kromě toho, protože dřívější práce naznačovaly, že operace specifické pro pracovní paměť mohou být více spojeny se subkortikálními oblastmi mozku, jako je gating v bazálních gangliích (Friedman a Miyake, 2017), bude zajímavé dále zkoumat tyto asociace s FW a bílou hmotou v jiných traktech. mimo zde zkoumané kortikální trakty.

Dalším cílem studie bylo prozkoumat, zda indikátor kognitivní rezervy (obecná kognitivní schopnost ve věku 20 let) zmírňuje asociace mezi EF a mikrostrukturou bílé hmoty. Například dřívější práce v tomto vzorku VETSA prokázala, že jedinci s nízkou obecnou kognitivní schopností ve věku 20 let vykazovali silnější asociace mezi objemem hipokampu a pamětí v průměrném věku 56 let (Vuoksimaaet al., 2013). Současné výsledky nenaznačují žádné důkazy pro takové interakce pro Common EF. Zmírňující účinky kognitivní rezervy mohou být zjevné pouze v kontextu patologie související s onemocněním nebo věkem. Ačkoli FW ve všech traktech byla významně spojena s věkem, průřezová povaha této studie ztěžuje určení, zda tato asociace odráží neuropatologii související s věkem, nebo místo toho odráží již existující individuální rozdíly nebo jiné faktory mimo neuropatologii související s věkem. Abnormality bílé hmoty byly skutečně pozorovány ve vlně 2 VETSA (průměrný věk 62) (FennemaNotestine et al., 2016; Sanderson-Cimino et al., 2021), což naznačuje, že alespoň u některých subjektů byla přítomna určitá patologie, přesto došlo k významné interakci s kognitivní schopnosti ve věku 20 let nebyly pozorovány. Alternativně může být zmírnění FAFWcorr a MDFWcorr kognitivní rezervou možné ve vzorcích s vyšší mírou poškození (MCI nebo AD), protože se zdá, že EF více souvisí s těmito opatřeními u pacientů s AD (Jiet al., 2017).

Zatímco asociace mezi EF faktory a FW se po odstranění subjektů s MCI z těchto analýz lišily (tj. Tabulka 2 vs. Tabulka 4), v našem indexu kognitivní rezervy mladých dospělých nebyly žádné skupinové rozdíly mezi MCI a kognitivně normálními subjekty (p =. 263). Skutečnost, že naši jedinci s MCI měli srovnatelné úrovně kognitivní rezervy mladých dospělých s kognitivně normálními jedinci, ale zdálo se, že vykazují mnohem silnější asociace mezi Common EF a FW, dodává další podporu myšlence, že asociace mezi EF a FW se liší v normálním versus patologickém stárnutí. Může být proto zajímavé zkoumat zmírňující účinky kognitivní rezervy pouze ve vzorcích případů MCI, i když bude nutné tak učinit na vzorku s větším počtem subjektů MCI.

8.1. Silné a slabé stránky
Komplexní hodnocení EF ve VETSA umožnilo prozkoumat asociace mezi EF a mikrostrukturou bílé hmoty pomocí latentního variabilního přístupu, který izoloval variaci Common EF od variance specifické pro pracovní paměť v době raného stáří, kdy byla většina jedinců kognitivně normální. Tato studie také představuje jedno z prvních zkoumání role kognitivní rezervy v těchto asociacích. Mezi slabé stránky studie patří skutečnost, že všichni účastníci jsou muži a velká většina jsou nehispánští a běloši. Bude důležité vyhodnotit tyto asociace na rozmanitějších vzorcích.

Kromě toho jsme použili zavedené šablony traktu bílé hmoty (Archer, Vaillancourt, & Coombes, 2018) a nedávno dostupný atlas traktu bílé hmoty, který poskytuje silné pokrytí mozku a replikuje předchozí asociace mezi EF a FW u starších dospělých (Archer et al., 2020 ). Zatímco naše výsledky ukázaly konzistentní asociace mezi běžným EF faktorem a extracelulárními (FW), ale ne intracelulárními metrikami (FAFWcorr a MDFWcorr), stále není jasné, jaké konkrétní buněčné procesy přispívají ke každé proměnné. Lepší pochopení kognitivních korelátů FW, FAFWcorr a MDFWcorr pomůže osvětlit podstatu těchto opatření a jejich roli jako prediktorů a indikátorů stárnutí, ale jsou také zapotřebí další studie, které by kvantifikovaly, co vede k individuálním rozdílům v těchto opatřeních.

Konečně, tato studie je průřezová a nemůže mluvit o tom, zda tyto asociace odrážejí již existující asociace mezi Common EF a FW, nebo zda jsou tyto účinky specifické pro stárnutí. Zjištění z jedné existující studie naznačují, že výchozí hladiny FW jsou také spojeny s podélnými změnami v EF, ačkoli tento vzorek byl asi o 10 let starší než současný vzorek a u většiny jedinců byla diagnostikována MCI nebo demence (Maillard et al., 2019). V naší studii byl věk konzistentně spojen se všemi měřeními volné vody (a některými měřeními bílé hmoty), což naznačuje, že zde zkoumaná měření volné vody jsou citlivá na věk. Vzhledem k úzkému věkovému rozmezí našeho vzorku (~10 let) mohou být korelace s věkem relativně nejnižší. V každém případě bude nutné prozkoumat tyto asociace v rané dospělosti a středním věku, aby se zjistilo, zda asociace mezi FW a EF odrážejí změny EF související s věkem nebo možná, zda zohledňují individuální rozdíly v EF v průběhu života.

8.2. Závěrečné poznámky

EF jsou komplexní kognitivní kontrolní schopnosti, které jsou vysoce relevantní pro stárnutí. Tato studie vrhá světlo na nervové základy společných a specifických složek EF tím, že prokazuje, že měření FW napříč mnoha kortikálními trakty bílé hmoty jsou spojeny s individuálními rozdíly ve společných schopnostech EF. Naproti tomu schopnosti specifické pro pracovní paměť byly spojeny s FAFWcorrem, ale pouze po vyloučení jedinců s MCI z analýz. Asociace mezi běžnou schopností EF a FW nebyly v současném výzkumu zmírněny kognitivní rezervou, ale bude důležité zvážit, zda tyto faktory mohou silněji přispívat k asociacím mezi EF a bílou hmotou v pozdějších fázích stárnutí nebo progrese kognitivního poklesu nebo demence.

Kreditní prohlášení o autorském příspěvku

Daniel E. Gustavson: Správa dat, Formální analýza, Vizualizace, Psaní – originální návrh, Psaní – recenze a úpravy. Derek B. Archer: Správa dat, Vizualizace, Psaní – původní návrh, Psaní – recenze a úpravy. Jeremy A. Elman: Správa dat, psaní – recenze a úpravy. Olivia K. Puckett: Správa dat, psaní – recenze a úpravy. ChristineFennema-Notestine: Správa dat, metodika, psaní – recenze a úpravy. Matthew S. Panizzon: Správa dat, psaní – recenze a úpravy. Niranjana Shashikumar: Správa dat, psaní – recenze a úpravy. Timothy J. Hohman: Metodologie, psaní – recenze a úpravy. Angela L. Jefferson: Psaní – recenze a úpravy. Lisa T. Eyler: Metodologie, psaní – recenze a úpravy. Linda K. McEvoy: Metodologie, psaní – recenze a úpravy. Michael J. Lyons: Financování akvizice, psaní – recenze a editace. Carol E. Franz: Získávání finančních prostředků, Metodika, Supervize, Administrace projektu, Psaní – recenze & editace. William S. Kremen: Získávání finančních prostředků, Metodika, Supervize, Administrace projektu, Psaní – recenze a editace.

Prohlášení o konkurenčním zájmu

Autoři prohlašují, že nemají žádné známé konkurenční finanční zájmy nebo osobní vztahy, které by se mohly zdát ovlivňovat práci uvedenou v tomto článku.

Dostupnost dat

Údaje budou zpřístupněny na vyžádání.

Poděkování

Tento výzkum byl podpořen granty R03 AG065643, R01AG050595, R01 AG076838, R01 AG022381, P01 AG055367, K01AG073584 a K08 AG047903 od National Institutes of Open Access Fund tento článek byl financovaný z fondu The National Institutes of Open Access Health.

Za obsah tohoto rukopisu zodpovídají autoři a nereprezentuje oficiální názory NIA/NIH nebo Správy veteránů. Mnoho organizací poskytlo neocenitelnou pomoc při vedení registru odborného vzdělávání a přípravy, včetně amerického ministerstva pro záležitosti veteránů, ministerstva obrany; Národní centrum osobních záznamů, Národní archiv a správa záznamů; Internal Revenue Service; Národní centrum pro výzkum veřejného mínění; Národní rada pro výzkum, Národní akademie věd; Institut pro výzkum průzkumů, TempleUniversity. Autoři vděčně oceňují pokračující spolupráci dvojčat a úsilí mnoha členů personálu.

Reference

Alexander, AL, Lee, JE, Lazar, M., Field, AS, 2007. Zobrazování mozku pomocí tenzoru difúze. Neuroterapeutika 4, 316–329.https://doi.org/10.1016/j.nurt.2007.05.011.

Archer, DB, Vaillancourt, DE, Coombes, SA, 2018. Šablona a pravděpodobnostní atlas lidských senzomotorických traktů pomocí difúzní MRI. Cereb. Cortex 28, 1685–1699.https://doi.org/10.1093/cercor/bhx066.

Archer, DB, Coombes, SA, McFarland, NR, DeKosky, ST, Vaillancourt, DE, 2019. Vývoj šablony transcallosální traktografie a její aplikace na demenci. Neuroimage 200, 302–312.https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.06.065.

Archer, DB, Moore, EE, Shashikumar, N., Dumitrescu, L., Pechman, KR, Landman, BA, Hohman, TJ, 2020. Metriky volné vody v projekcích bílé hmoty mediálního temporálního laloku se týkají podélného kognitivního poklesu. Neurobiol. Stárnutí 94,15–23.https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2020.05.001.

Archer, DB, Moore, EE, Pamidimukkala, U., Shashikumar, N., Pechman, KR, Blennow, K., Gifford, KA, 2021. Vztah mezi mikrostrukturou bílé hmoty a sebepociťovaným kognitivním poklesem. Neuroimage: Clinical 32,102794.https://doi.org/10.1016/j.nicl.2021.102794.

Avants, BB, Epstein, CL, Grossman, M., Gee, JC, 2008. Registrace symetrického difeomorfního obrazu s vzájemnou korelací: Hodnocení automatizovaného označování mozku seniorů a neurodegenerativního mozku. Med. Obrázek Anal. 12, 26–41.https://doi.org/10.1016/j.media.2007.06.004.

Bakkour, A., Morris, JC, Wolk, DA, Dickerson, BC, 2013. Účinky stárnutí a Alzheimerovy choroby na anatomii mozkové kůry: Specifičnost a diferenciální vztahy s kognicí. Neuroimage 76, 332-344.https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.02.059.

Barulli, D., Stern, Y., 2013. Efektivita, kapacita, kompenzace, údržba, plasticita: Vznikající koncepty v kognitivní rezervě. Trends Cogn. Sci. 17, 502–509.https://doi.org/10.1016/j.tics.2013.08.012.

Baudic, S., Dalla Barba, G., Thibaudet, MC, Smagghe, A., Remy, P., Traykov, L., 2006. Deficity exekutivních funkcí u časné Alzheimerovy choroby a jejich vztahy s epizodickou pamětí. Oblouk. Clin. Neuropsychol. 21, 15–21.https://doi.org/10.1016/j.acn.2005.07.002.

For more information:1950477648nn@gmail.com