Асоциации между способностите за изпълнителни функции, свободната вода и микроструктурата на бялото вещество в ранна старост, част 3

7.1. Асоциации между изпълнителната функция и микроструктурата на бялото вещество

Асоциациите между факторите EF и мерките за FW и микроструктурата на бялото вещество са показани в таблица 2. Съответните асоциации между всички ковариати и мерките за FW и микроструктурата на бялото вещество от тези модели са показани в таблица 3.

През последните години множество проучвания показват, че съществува тясна връзка между човешката памет и микроструктурата на бялото мозъчно вещество. Бялото вещество се състои от много нервни влакна и тяхната поддържаща тъкан и неговата функция е да свързва различни области на мозъка с нервни влакна. За ученето и паметта на човешкия мозък здравата и пълна невронна мрежа от бялото вещество е от решаващо значение.

Нездравословното състояние на микроструктурата на бялото вещество може да допринесе за влошаване на паметта и когнитивен спад. Проучванията показват, че дегенерацията на бялото вещество също е една от основните причини за невродегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер. Тази дегенерация може да доведе до увреждане и загуба на връзки в нервните влакна, което засяга предаването на информация в различни области на мозъка, изостряйки спада на когнитивната функция и загубата на паметта.

Има обаче и проучвания, които показват, че хората могат да поддържат здравето на бялото си вещество и да поддържат добра памет и когнитивни способности, като подобрят начина си на живот и поведенческите си навици. Например, доброто хранене и адекватен сън могат да осигурят енергията, необходима на мозъка, и протеина, необходим за възстановяване на клетките; редовните упражнения могат да стимулират образуването на неврони и невроми; научаването на нови знания, упражняването на паметта и мисленето могат да стимулират и поддържат нервните влакна. Свързаност; поддържането на социална ангажираност може да подобри когнитивната мозъчна дейност и психичното здраве.

В допълнение, непрекъснатият напредък на днешната медицинска технология, като технологията за невроизобразяване, може да помогне на лекарите да наблюдават микроструктурата на бялото вещество на пациентите за ранно откриване и лечение на някои заболявания и симптоми, свързани с дегенерация на бялото вещество.

Следователно поддържането на микроструктурата на бялото вещество е от решаващо значение за поддържане здравето на мозъка и паметта. Хората могат непрекъснато да подобряват здравето си чрез добри жизнени навици и медицинска технология, за да поддържат здрава и пълна невронна мрежа от бяло вещество, което ги прави по-умни, по-креативни и по-енергични. Вижда се, че трябва да подобрим паметта си. Cistanche deserticola може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche deserticola е традиционен китайски лекарствен материал с много уникални ефекти, един от които е да подобрява паметта. Ефикасността на мляното месо идва от различните активни съставки, които съдържа, включително киселина, полизахариди, флавоноиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по различни начини.

Щракнете върху познайте начините за подобряване на мозъчната функция

Анализите бяха проведени поотделно за всеки тракт и всяка метрика (FW, FAFWcorr и MDFWcorr), но асоциациите между всеки даден показател и общия EF и специфични за работната памет фактори бяха оценени в рамките на един и същ модел.

Корекциите на FDR в таблица 2 се основават само на всички p-стойности от тази колона (напр. във всички асоциации между общия фактор EF и показателите FW, с отделни корекции на FDR за FAFWcorr и MDFWcorr; 3 допълнителни комплекта корекции на FDR бяха изследвани за асоциации между работни Специфични за паметта и FW, FAFWcorr и MDFWcorr). Пример за тези анализи е показан на фиг. 3 (за FW във всички трактове).

Общият фактор EF се свързва с FW в 9 от 11-те тракта на бялото вещество (и мярката за „всички трактове“). Във всички случаи повече FW съответства на по-ниска обща EF способност (диапазон от=-0.15 до -0.26). Общата EF не е свързана с FAFWcorr или MDFWcorr в нито един от трактатите. Специфичният за работната памет фактор се свързва с по-голям FAFWcorr в IFG Triangularis (= 0.21), но не и с други показатели за FW или микроструктура на бялото вещество след корекция на FDR.

Анализите след изключване на индивиди с MCI са показани в таблица 4. За обикновен EF и FW отрицателните асоциации са незначителни след корекцията на FDR, въпреки че са наблюдавани значителни асоциации за 2 от 11-те участъка на бялото вещество въз основа на некоригирани p-стойности (cingulum и unicinate fasciculus). Асоциациите с останалите участъци бяха отслабени приблизително наполовина (диапазон=-0.09 до -0.15). За фактора, специфичен за работната памет, връзката с FA в IFG Triangularis остава значителна дори след корекция на FDR (= 0.25). Освен това са наблюдавани значителни асоциации за FA в долния надлъжен фасцикулус и горния надлъжен фасцикулус (= 0.26 и 0.28, съответно).

7.2. Взаимодействия между когнитивния резерв и микроструктурата на бялото вещество

След това, в пълната извадка (т.е., включително индивиди с MCI и тези с липсващи MCI диагнози), повторихме същия набор от анализи, след като добавихме общата когнитивна способност на възраст 20 години и нейното взаимодействие със съответната мярка за бяло вещество към регресионния модел. Проведохме само анализи на модериране за измерванията на бялото вещество, значително свързани с EF фактори в първичните анализи (т.е. Общ EF и FW в 9 тракта и мярката за „всички тракти“, Специфична работна памет и FAFWcorr само в тракта на 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, FDR-коригиран ps > 0,782). И накрая, проведохме анализи на чувствителността, използвайки дихотомичен резултат за когнитивен резерв (т.е. групиране на субекти като над или под средната стойност), който също не разкри доказателства, че когнитивният резерв модерира асоциациите между факторите на EF и FW или FA (вижте допълнителна таблица S3).

8. Дискусия

Целта на проучването беше да се разберат по-добре връзките между способностите за EF и микроструктурата на бялото вещество при възрастни хора. Резултатите показват, че способностите за EF (по-специално общ фактор за EF, включващ представяне в 6 задачи) са свързани с FW в почти всички кортикални тракти, изследвани тук, но не и с FAFWcorr или MDFWcorr. По-голямата обща способност за EF се свързва с по-малко FW. Тези констатации отразяват асоциациите с възрастта, която се свързва със свободна вода във всички кортикални трактове, но се свързва само с FAFWcorr или MDFWcorr в някои тракти.

Тези резултати са в съответствие с две скорошни проучвания, които предполагат, че EFs са свързани с FW (но не FAFWcorr или MDFWcorr) в проби от по-възрастни възрастни (Archer et al., 2020; Maillard et al., 2019). Тези предишни проучвания се фокусираха върху проби с високи нива на MCI (~50%) и нашето изследване разширява тези открития до малко по-млада проба със значително по-ниско разпространение на MCI. Важно е, че след изключване на индивиди с MCI (13,7 % от извадката), асоциациите между обикновената EF и FW, описани по-горе, са незначителни, което предполага, че индивидите с MCI може да са причина за много от наблюдаваните асоциации на FW, въпреки че имаше известни доказателства, че обикновената EF остава свързана с FW в cingulum и uncinate (въз основа на сурови стойности). По този начин широко разпространените асоциации между обикновената EF и FW могат да бъдат наблюдавани предимно в проби с някои случаи на MCI/AD.

Друго обяснение за липсата на значимост на много трактати след изключване на случаите на MCI е намалената мощност в по-малката когнитивно нормална извадка (с ограничен диапазон в резултатите). Въпреки това, асоциациите между Common EF и FW са около половината от величината, отколкото при включването на участници с MCI (Таблица 2 срещу Таблица 4), което предполага, че разликите не се дължат просто на намаляване на размера на извадката. По този начин, EF може да бъде умерено свързан с FW при когнитивно нормални индивиди, с асоциации, наблюдавани потенциално за фронтално свързани трактове (напр. theuncinate и cingulum) при нормално стареене. Това е в съответствие с представата, че показателите на FW улавят предимно невродегенерация (Pasternaket al., 2012), като индивидуалните различия в FW не са силно свързани с когнитивните способности, докато не е настъпила известна невродегенерация.

Друго скорошно проучване на когнитивно нормални възрастни възрастни разкри подобни отрицателни асоциации между FW и флуидното познание (което включваше множество EF задачи) в някои, но не във всички, бели тъкани (включително cingulum и SLF) и никакви асоциации с FAFWcorr в нито един от кандидат трактите ( Gullett и др., 2020). Следователно асоциациите между обикновената EF и FW могат да бъдат относително ограничени до определени области на мозъка в зряла възраст и нормално стареене, но разширяват другите с възрастта и/или ранната патология на AD. И в двата случая асоциациите изглеждат уникални за показателите FW, а не FAFWcorr или MDFWcorr.

Тъй като това беше едно от първите проучвания, които изследваха тези асоциации на нивото на латентни фактори, ние също успяхме да изследваме асоциациите между дисперсията, уникална за задачите на работната памет, които все още не са уловени от Common EF (т.е. факторът, специфичен за работната памет). Резултатите в пълната извадка (включително лица с MCI) са в съответствие с по-ранно проучване на по-млади възрастни, при което специфичната способност за актуализиране на работната памет не е свързана с микроструктурата на бялото вещество (Smolker et al., 2018), въпреки че показателите FA и MD не са коригирани за FW в това предишно проучване. Специфичният фактор на работната памет обаче беше свързан с FAFWcorr в IFG-Triangularis в първичния анализ (включително участници с MCI) и с FAFWcorr в три тракта (IFG-Triangularis, inferior и superior longitudinalfasciculus) след изключване на участници с MCI.

Ще бъде важно допълнително да се изследват тези нови асоциации със специфична за работната памет, за да се разберат тези положителни асоциации с FAFWcorr, включително защо някои асоциации са наблюдавани само инкогнитивно нормални субекти. Важно е, че има малко доказателства за разликите на ниво група във FAFWcorr при когнитивно нормални и MCI субекти (вижте Таблица S3), което предполага, че липсата на асоциация в пълната извадка не се дължи на MCI субекти с по-нисък FAFWcorr. По-скоро индивидуалните различия, уловени от микроструктурните мерки, могат да бъдат по-фини и да хвърлят светлина върху индивидуалната променливост при нормално стареене. Това означава, че докато показателите на FW улавят невродегенерация или аксонална деградация (и следователно се отнасят до когнитивните способности след настъпване на известна атрофия), микроструктурните мерки могат кажете ни повече за нормалната функция и/или може да бъде от полза при прогнозни проучвания. Това би било в съответствие с предишна работа, показваща, че FW е силно свързана с невродегенерация (напр. обем на хипокампа), но FAFWcorr във форникса взаимодейства с обема на хипокампа, за да предскаже бъдещ спад на изпълнителната функция (Archer et al., 2020).

Независимо от това, тези открития подчертават значението на разглеждането на ролята на MCI в тези асоциации и отделно оценяване на когнитивните корелати на микроструктурата на бялото вещество в когнитивно нормалните индивиди. Освен това, тъй като по-ранна работа предполага, че операциите, специфични за работната памет, може да са по-свързани с подкоровите мозъчни региони като преход в базалните ганглии (Friedman and Miyake, 2017), ще бъде интересно да се изследват допълнително тези асоциации с FW и бялото вещество в други трактове отвъд онези кортикални пътища, разгледани тук.

Друга цел на проучването беше да се проучи дали индикатор за когнитивен резерв (20-годишна обща когнитивна способност) смекчава връзките между EF и микроструктурата на бялото вещество. Например, по-ранна работа в тази извадка от VETSA показа, че индивиди с ниска обща когнитивна способност на 20-годишна възраст демонстрират по-силни връзки между обема на хипокампа и паметта на средна възраст 56 (Vuoksimaaet al., 2013). Настоящите резултати не показват доказателства за такива взаимодействия за Common EF. Модериращите ефекти на когнитивния резерв могат да бъдат очевидни само в контекста на патология, свързана с болест или възраст. Въпреки че FW във всички трактове е значително свързано с възрастта, характерът на напречното сечение на това проучване затруднява определянето дали тази връзка отразява свързаната с възрастта невропатология или вместо това отразява съществуващи индивидуални различия или други фактори извън свързаната с възрастта невропатология. Наистина, аномалии на бялото вещество са наблюдавани във вълна 2 на VETSA (средна възраст 62) (FennemaNotestine et al., 2016; Sanderson-Cimino et al., 2021), което предполага наличието на някаква патология при поне някои субекти, но значително взаимодействие с възраст 20 когнитивни способности не са наблюдавани. Като алтернатива, или допълнително, модерирането на FAFWcorr и MDFWcorr чрез когнитивен резерв може да е възможно в проби с по-високи нива на увреждания (MCI или AD), тъй като EFs изглеждат по-свързани с тези мерки при пациенти с AD (Jiet al., 2017).

Докато асоциациите между факторите на EF и FW се различават след премахването на субекти на MCI от тези анализи (т.е. таблица 2 срещу таблица 4), няма групови разлики между MCI и когнитивно нормални субекти по нашия индекс на когнитивен резерв на млади възрастни (p =). 263). Фактът, че нашите MCI субекти са имали сравними нива на когнитивен резерв при млади възрастни с когнитивно нормалните субекти, но изглежда показват много по-силни асоциации между Общата EF и FW, добавя допълнителна подкрепа към идеята, че асоциациите между EF и FW се различават при нормално спрямо патологично стареене. Следователно може да е интересно да се изследват модериращите ефекти на когнитивния резерв само в рамките на проби от случаи на MCI, въпреки че ще е необходимо да се направи това в извадка с по-голям брой субекти на MCI.

8.1. Сили и слабости
Цялостната оценка на EFs във VETSA позволи изследването на асоциациите между EF и микроструктурата на бялото вещество, като се използва латентен променлив подход, който изолира общата вариация на EF от специфичната за работната памет вариация в момент в ранна старост, когато повечето индивиди са когнитивно нормални. Това изследване също представлява едно от първите изследвания на ролята на когнитивния резерв в тези асоциации. Някои слабости на проучването включват факта, че всички участници са мъже, а огромното мнозинство са неиспанци и бели. Ще бъде важно да се оценят тези асоциации в по-разнообразни проби.

Освен това използвахме установени шаблони на тракта на бялото вещество (Archer, Vaillancourt, & Coombes, 2018) и наскоро достъпен атлас на тракта на бялото вещество, който осигурява силно покритие на мозъка, възпроизвеждайки предишни асоциации между EF и FW при възрастни хора (Archer et al., 2020 ). Докато нашите резултати показват последователни асоциации между общия EF фактор и извънклетъчните (FW), но не и вътреклетъчните показатели (FAFWcorr и MDFWcorr), все още не е ясно какви специфични клетъчни процеси допринасят за всяка променлива. По-доброто разбиране на когнитивните корелати на FW, FAFWcorr и MDFWcorr ще помогне да се хвърли светлина върху естеството на тези мерки и тяхната роля като предиктори и индикатори за стареене, но са необходими и допълнителни проучвания, за да се определи количествено какво поражда индивидуалните различия в тези мерки.

И накрая, това проучване е в напречно сечение и не може да говори дали тези асоциации отразяват съществуващи асоциации между обикновената EF и FW, или ако тези ефекти са специфични за стареенето. Констатациите от едно съществуващо проучване предполагат, че изходните нива на FW също са свързани с надлъжни промени в EF, въпреки че тази проба е с около 10 години по-стара от настоящата проба и повечето индивиди са били диагностицирани с MCI или деменция (Maillard et al., 2019). В нашето проучване възрастта беше последователно свързана с всички мерки за безплатна вода (и някои мерки за бяло вещество), което предполага, че изследваните тук мерки за безплатна вода са чувствителни към възрастта. Корелациите с възрастта може да са сравнително ниски оценки, като се има предвид тесният възрастов диапазон на нашата извадка (~ 10 години). Във всеки случай ще бъде необходимо да се изследват тези асоциации в ранна зряла възраст и средна възраст, за да се определи дали асоциациите между FW и EF отразяват свързаните с възрастта промени в EF или може би дали отчитат индивидуалните различия в EF през целия живот.

8.2. Заключителни бележки

EF са сложни когнитивни контролни способности, които са изключително подходящи за тоалинг. Това проучване хвърля светлина върху невронните основи на общи и специфични компоненти на EF, като демонстрира, че FW измерванията в много кортикални трактове на бялото вещество са свързани с индивидуалните различия в способностите на Common EF. За разлика от това, специфичните за работната памет способности бяха свързани с FAFWcorr, но само след изключване на индивиди с MCI от анализите. Асоциациите между общата способност за EF и FW не бяха модерирани от когнитивния резерв в настоящото изследване, но ще бъде важно да се обмисли дали тези фактори могат да допринесат по-силно за връзките между EF и бялото вещество в по-късните етапи на стареене или прогресия към когнитивно увреждане или деменция.

Декларация за авторски принос

Даниел Е. Густавсън: Подреждане на данни, Официален анализ, Визуализация, Писане – оригинална чернова, Писане – преглед и редактиране. Дерек Б. Арчър: Подреждане на данни, Визуализация, Писане – оригинална чернова, Писане – преглед и редактиране. Джереми А. Елман: Подготовка на данни, писане – преглед и редактиране. Оливия К. Пукет: Подреждане на данни, писане – преглед и редактиране. ChristineFennema-Notestine: Подреждане на данни, методология, писане – преглед и редактиране. Матю С. Панизон: Подреждане на данни, писане – преглед и редактиране. Ниранджана Шашикумар: Подреждане на данни, писане – преглед и редактиране. Тимъти Дж. Хоман: Методология, писане – преглед и редактиране. Анджела Л. Джеферсън: Писане – преглед и редактиране. Лиза Т. Ейлър: Методология, писане – преглед и редактиране. Линда К. МакЕвой: Методология, писане – преглед и редактиране. Майкъл Дж. Лайънс: Придобиване на финансиране, писане – преглед и редактиране. Карол Е. Франц: Придобиване на финансиране, Методология, Надзор, Администриране на проекта, Писане – преглед и редактиране. Уилям С. Кремен: Придобиване на финансиране, Методология, Надзор, Администриране на проекта, Писане – преглед и редактиране.

Декларация за конкурентен интерес

Авторите декларират, че нямат известни конкурентни финансови интереси или лични взаимоотношения, които биха могли да повлияят на работата, докладвана в този документ.

Наличност на данни

Данните ще бъдат предоставени при поискване.

Благодарности

Това изследване е подкрепено от грантове R03 AG065643, R01AG050595, R01 AG076838, R01 AG022381, P01 AG055367, K01AG073584 и K08 AG047903 от Националните институти по здравеопазване. Публикуването на тази статия е финансирано от Фонда за отворен достъп на библиотеките в Боулдър на Университета на Колорадо .

Съдържанието на този ръкопис е отговорност на авторите и не представлява официални възгледи на NIA/NIH или Администрацията на ветераните. Многобройни организации предоставиха неоценима помощ при провеждането на регистъра на ПОО, включително Министерството на ветераните на САЩ, Министерството на отбраната; Национален център за досиета на персонала, Национална администрация за архиви и досиета; Служба за събиране на данъци; Национален център за изследване на общественото мнение; Национален съвет за научни изследвания, Национална академия на науките; Институтът за проучване на изследванията, TempleUniversity. Авторите признават с благодарност продължаващото сътрудничество на близнаците и усилията на много членове на персонала.

Препратки

Alexander, AL, Lee, JE, Lazar, M., Field, AS, 2007. Дифузионно тензорно изображение на мозъка. Невротерапевтици 4, 316–329.https://doi.org/10.1016/j.nurt.2007.05.011.

Archer, DB, Vaillancourt, DE, Coombes, SA, 2018. Шаблон и вероятностен атлас на човешките сензорно-моторни пътища с помощта на дифузионен MRI. Церебр. Cortex 28, 1685–1699.https://doi.org/10.1093/cercor/bhx066.

Archer, DB, Coombes, SA, McFarland, NR, DeKosky, ST, Vaillancourt, DE, 2019. Разработване на шаблон за транскалозална трактография и неговото приложение при деменция. 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. Метриките за свободна вода в проекциите на белия материя на медиалния темпорален лоб са свързани с надлъжно когнитивен спад. Neurobiol. Стареене 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. Връзката между микроструктурата на бялото вещество и самовъзприемането на когнитивен спад. Неврообраз: клиничен 32,102794.https://doi.org/10.1016/j.nicl.2021.102794.

Avants, BB, Epstein, CL, Grossman, M., Gee, JC, 2008. Симетрична регистрация на дифеоморфни изображения с кръстосана корелация: Оценяване на автоматизирано етикетиране на възрастни хора и невродегенеративен мозък. Med. Изображение Анално. 12, 26–41.https://doi.org/10.1016/j.media.2007.06.004.

Bakkour, A., Morris, JC, Wolk, DA, Dickerson, BC, 2013. Ефектите от стареенето и болестта на Алцхаймер върху церебралната кортикална анатомия: Специфични и диференциални връзки с познанието. Neuroimage 76, 332–344.https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.02.059.

Barulli, D., Stern, Y., 2013. Ефективност, капацитет, компенсация, поддръжка, пластичност: Нововъзникващи концепции в когнитивния резерв. Тенденции 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. Дефицит на изпълнителната функция при ранна болест на Алцхаймер и връзката им с епизодичната памет. арх. Clin. Невропсихол. 21, 15–21.https://doi.org/10.1016/j.acn.2005.07.002.

For more information:1950477648nn@gmail.com