Cortex: связи в мозге при здоровом старении и семантической деменции различаются

Фото из открытых источников
Исследование, опубликованное в журнале Cortex, проливает свет на то, как организация мозговых сетей отличается при здоровом старении и семантической деменции. Исследователи обнаружили, что у пожилых людей происходят изменения в балансе между структурными и функциональными связями мозга, которые связаны с когнитивными показателями. Эти изменения кажутся более распространенными и диффузными при здоровом старении, в то время как семантическая деменция связана с более локализованными изменениями, особенно в височных и теменных областях. Исследование предполагает, что мозг претерпевает динамический процесс адаптации в ответ на старение и болезни, при этом некоторые изменения помогают сохранить когнитивные функции, а другие способствуют снижению.
 
Семантическая деменция — это прогрессирующее нейродегенеративное расстройство, которое в первую очередь влияет на способность понимать и вспоминать значения слов, объектов и концепций. Она классифицируется как подтип лобно-височной лобарной дегенерации и отличается от других форм деменции, таких как болезнь Альцгеймера, поскольку в основном поражает передние височные доли, а не вызывает обширную потерю памяти. Пациенты с семантической деменцией часто испытывают трудности с подбором слов и в конечном итоге могут потерять способность узнавать знакомые объекты и лица, хотя их память на недавние события и способность выполнять повседневные задачи могут оставаться относительно нетронутыми на ранних стадиях.
 
Исследование было мотивировано необходимостью лучше понять, как старение и нейродегенеративные заболевания, такие как семантическая деменция, изменяют связность мозга и как эти изменения влияют на когнитивные функции. Известно, что нормальное старение приводит к широко распространенным изменениям как в структурных, так и в функциональных сетях, причем особенно страдают лобные области мозга. Напротив, семантическая деменция приводит к более локализованным повреждениям, особенно в височных и теменных областях. Эти различия поднимают важные вопросы о том, компенсирует ли мозг структурный спад путем реорганизации своих функциональных сетей и полезна или вредна эта реорганизация для когнитивных способностей.
 
«Мы все испытываем когнитивные и мозговые изменения с возрастом, но эти изменения смешаны с последствиями нейродегенерации у пациентов, страдающих от возрастных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или семантическая деменция. Крайне важно различать особенности, связанные с физиологическим старением и патологиями, чтобы выявить ранние маркеры нейродегенерации», — сказал автор исследования Томас Хино, научный сотрудник INSERM.
 
Мозг функционирует как обширная сеть взаимосвязанных областей, которые общаются друг с другом для поддержки мышления, памяти и поведения. Эта сеть часто изучается с точки зрения структурной связности, которая относится к физическим связям между различными областями мозга через пути белого вещества, и функциональной связности, которая описывает, как различные области мозга работают вместе на основе моделей активности.
 
В исследовании приняли участие 14 молодых людей (в возрасте 20–30 лет), 19 пожилых людей (в возрасте 51–75 лет) и 12 человек с семантической деменцией (в возрасте 56–80 лет). Все участники прошли сканирование мозга с использованием двух различных методов: диффузионно-взвешенное сканирование (DWI) для картирования структурных связей мозга и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) для измерения активности мозга. Участники также прошли когнитивные тесты, оценивающие память, исполнительные функции и языковые способности.
 
Исследователи использовали технику, называемую мультиплексным анализом мозговых сетей, которая позволила им изучить, насколько хорошо структурные и функциональные сети были согласованы. Для оценки сетевой организации использовались два ключевых показателя: коэффициент мультиплексного участия, который показывает, насколько интегрирован регион мозга в структурные и функциональные сети, и коэффициент мультиплексной кластеризации, который отражает, насколько изолированы или сегрегированы определенные регионы мозга.
 
Исследование выявило различные закономерности изменений мозговых связей при здоровом старении и семантической деменции.
 
Среди здоровых пожилых людей исследователи наблюдали снижение сходства между структурными и функциональными сетями, особенно в лобных областях. Это говорит о том, что по мере старения людей модели мозговой активности становятся более независимыми от структурных путей. Интересно, что это снижение сходства было связано с улучшением когнитивных показателей, указывая на то, что мозг может адаптироваться путем реорганизации функциональных связей для компенсации структурного ухудшения. Однако в то же время пожилые люди также показали повышенную кластеризацию сетей в лобных областях, что было связано с ухудшением когнитивных показателей. Это говорит о том, что, хотя некоторые изменения в сетях могут быть полезными, другие могут способствовать снижению когнитивных показателей.
 
У людей с семантической деменцией исследователи обнаружили повышенное сходство между структурными и функциональными сетями, особенно в височной и теменной областях. В отличие от здорового старения, это повышенное сходство было связано с когнитивным снижением, особенно в исполнительной функции и способностях решать проблемы. Кроме того, у этих людей наблюдалось повышенное кластеризация в височно-теменных областях, что также было связано с более низкими когнитивными показателями. Эти результаты свидетельствуют о том, что при семантической деменции мозг с трудом приспосабливается функционально к структурным повреждениям, что приводит к более жестким и менее гибким моделям связей.
 
«Среди пациентов, страдающих от одних и тех же заболеваний, у некоторых будет наблюдаться более сильное снижение автономности повседневной жизни, чем у других», — сказал Хино. «Эта неоднородность частично обусловлена тем, как болезнь влияет на структуру мозга и компенсируется ли это в коммуникациях между областями мозга».
 
Необходимо учитывать некоторые ограничения. Размер выборки был относительно небольшим, особенно для группы семантической деменции, что может ограничить обобщаемость результатов. Кроме того, исследование было поперечным, то есть оно зафиксировало только моментальный снимок связей мозга в один момент времени. В настоящее время исследователи проводят последующие исследования, чтобы выяснить, могут ли структурные и функциональные изменения, наблюдаемые в этом исследовании, предсказывать будущий когнитивный спад.
 
«В настоящее время мы проводим лонгитюдное исследование, чтобы определить, насколько изменения, о которых мы сообщаем на структурном или функциональном уровне мозга, связаны с когнитивными изменениями (память, рассуждение) в последующие годы», — сказал Хино. «Это будет иметь важное значение для улучшения прогноза для пациентов».