德克薩斯大學(xué)(Universityof Texas)的科學(xué)家們正在使用成像技術(shù)來研究這一過程,，以便更好地理解它與健康個體一生中認(rèn)知能力下降之間的關(guān)系。

行為與腦科學(xué)學(xué)院和德克薩斯大學(xué)生命長壽中心的心理學(xué)副教授Kristen Kennedy博士說:"即使我們很健康,，我們也會設(shè)法弄清隨著年齡的增長,，導(dǎo)致大腦認(rèn)知功能下降的原因。""我們在實驗室里的所有工作都是在為解決這個謎題尋找一些線索,。"

在6月7日在線發(fā)表的研究以及《Neurobiology of Aging》10月刊中,，首席研究員Kennedy和她的同事描述了他們?nèi)绾问褂脙煞N成像技術(shù)，將大腦某個區(qū)域的回路退化與執(zhí)行功能效率降低聯(lián)系起來,。這項研究包括169名年齡在20歲到94歲之間的健康受試者,。

大腦由灰質(zhì)區(qū)域組成，這些區(qū)域由白質(zhì)相互連接,。灰質(zhì)主要由神經(jīng)元細胞體組成,，是活動的中心，從高等學(xué)習(xí)和記憶力到感覺接收和肌肉反應(yīng)。白質(zhì)主要由有髓神經(jīng)的軸突組成,，是神經(jīng)元向灰質(zhì)區(qū)域傳遞信號或從灰質(zhì)區(qū)域傳遞信號的神經(jīng)元部分,。

該研究的主要作者，肯尼迪實驗室的一名研究員Christina Webb博士表示,，對白質(zhì)的不斷研究表明,，白質(zhì)傳播信號的能力極大地影響認(rèn)知能力和高階處理能力。

她說："越來越多的研究表明,，大腦的結(jié)構(gòu)會影響其功能,，尤其是在衰老和白質(zhì)方面。""在較早的工作中,，我們已經(jīng)在白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中更廣泛地顯示了這種效果,。在這里，我們將其更具體地與額葉白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來,，我們知道該網(wǎng)絡(luò)與高階執(zhí)行功能相關(guān),。"

關(guān)于年齡與執(zhí)行功能的關(guān)系，如下圖所示：

B)年齡對額葉白質(zhì)分?jǐn)?shù)各向異性(FA,；左)和平均擴散率(MD,；右)的影響，其中FA隨年齡增長呈線性惡化,，MD隨年齡增長呈加速惡化趨勢,；C)額葉FA(左)和MD(右)的年齡調(diào)節(jié)與執(zhí)行功能(EF)的綜合表現(xiàn)，EF值越高,，執(zhí)行功能越好,。

Kennedy說，當(dāng)大腦面臨一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)時,，它必須“加速”活動,，所需的活動量在整個生命周期中會發(fā)生變化。

她說:"這項研究表明,，當(dāng)你變老時,，你的灰質(zhì)區(qū)域的輸出并沒有增加。”“其中一個原因是腦白質(zhì)連接已經(jīng)退化,。神經(jīng)元之間的電傳輸就不那么完整了,。"

在DJ任務(wù)(藍綠色)和n-back任務(wù)(紫色)中，年齡會減緩對紋狀體中BOLD調(diào)制的前額葉擴散性影響,。

研究團隊使用了兩種不同的成像技術(shù)來檢查白質(zhì)連接如何失去完整性,，以及這如何影響不同年齡人群的認(rèn)知能力的。

其中一種技術(shù)是擴散張量成像,，可測量大腦中水?dāng)U散的方向。韋伯將理想的性能與通過吸管的水進行了比較。

她說："如果將水限制在這條路徑上,，則表示可以更快地進行信息處理,。”“如果水非常分散，可以自由流動,，那會減慢神經(jīng)元之間的通訊效率,。因此，我們正在衡量結(jié)構(gòu)連接的有效性,。"

科學(xué)家將這一發(fā)現(xiàn)與功能核磁共振成像(fMRI)相結(jié)合,，Kennedy將其描述為"實時動態(tài)地觀察大腦在做什么"。

她說："盡管其他掃描是結(jié)構(gòu)性的,，但在受試者執(zhí)行任務(wù)時進行的功能磁共振成像掃描使我們能夠通過跟蹤血氧水平來了解大腦正在使用的資源,。"

利用這兩套指標(biāo)，研究人員可以預(yù)測認(rèn)知表現(xiàn),，然后將期望與受試者的實際表現(xiàn)進行比較,。

"雖然這不能檢驗因果關(guān)系，但可以將其用于檢驗假設(shè),，這些假設(shè)是基于我們對大腦運作方式的了解而得出的,。"Kennedy說。"我們的理論是,，年齡直接降低了腦白質(zhì),，進而導(dǎo)致灰質(zhì)無法完全升高。結(jié)果對認(rèn)知產(chǎn)生不利影響,。"

德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的研究人員利用擴散張量成像(指示腦中水?dāng)U散的方向)來檢測腦白質(zhì)連接是如何失去完整性的,。擴散張量成像可以顯示大腦中水分?jǐn)U散的方向。這些額紋狀體束從前到后(綠色),，從左到右(紅色),，從上到下(藍色)。

韋伯說:"也許我們可以在每個人都很健康和正常的時候,，利用這些早期的情況,，確定什么時候會發(fā)生變化，或者幫助確定走向病理的途徑,。”“我們發(fā)現(xiàn)這個群體在生命早期存在差異,。觀察生命早期發(fā)生了什么，并得到縱向數(shù)據(jù),，這將有望幫助我們確定這些人是否已經(jīng)走上了不同的道路,。"

參考

Frontostriatal white matter connectivity:age differences and associations with cognition and BOLD modulation

https://www./science/article/pii/S0197458020301834?via%3Dihub