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研究探索健康大脑结构的变化如何影响认知

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随着人类大脑的老化,即使在健康的成年人中,允许其不同部分相互通信的神经回路也逐渐磨损。德克萨斯大学达拉斯分校的科学家们正在使用成像技术来研究这一过程,以更好地了解其与整个生命中健康个体的认知能力下降之间的关系。

行为与脑科学学院心理学副教授Kristen Kennedy博士说:“我们试图找出随着年龄的增长,即使我们很健康,大脑中正在分解的东西也会导致认知能力下降。”以及达拉斯UT生命长寿中心。“我们实验室中的所有工作都在增加这个难题的难度。”

在6月7日在线发表的研究以及10月《衰老的神经生物学》杂志上,首席研究员肯尼迪及其同事描述了他们如何使用一对成像技术将大脑某个区域的电路退化与执行功能效率降低联系在一起。。该研究纳入了169位20至94岁的健康人类受试者。

在基本水平上,大脑由灰质区域组成,这些区域由白质相互连接。灰质主要由神经元细胞体组成,是活动的中心,从高等学习和记忆力到感觉接收和肌肉反应。白质主要由有髓神经的轴突组成,是神经元向灰质区域传递信号或从灰质区域传递信号的神经元部分。

该研究的主要作者,肯尼迪实验室的研究员克里斯蒂娜·韦伯博士说,不断发展的对白质的研究表明,白质传播信号的能力极大地影响了认知和高阶加工。

她说:“越来越多的研究表明,大脑的结构会影响其功能,尤其是在衰老和白质方面。” “在较早的工作中,我们已经在白质网络中更广泛地显示了这种效应。在这里,我们将其更具体地与额叶白质网络联系在一起,我们知道这与高阶执行功能有关。”

肯尼迪说,当大脑面对具有挑战性的任务时,它必须“增强”其活动,并且整个生命周期所需的量都在变化。

她说:“这项研究表明,年龄较大时,您也不会增加灰质区域的输出。” “一个原因是白质的连接能力下降了。神经元之间的电传输并不完好。”

研究团队使用了两种不同的成像技术来检查白质连接如何失去完整性,以及这如何影响不同年龄人群的认知。

其中一种技术是扩散张量成像,可测量大脑中水扩散的方向。韦伯将理想的性能与通过吸管的水进行了比较。

她说:“如果将水限制在这条路径上,则表示可以更快地进行信息处理。” “如果水非常分散,可以自由流动,那会减慢神经元之间的通讯效率。因此,我们正在衡量结构连接的有效性。”

科学家将这种见解与功能性MRI(fMRI)相结合,肯尼迪将其描述为“动态,瞬间地观察大脑实时行为”。

她说:“尽管其他扫描都是结构性的,但fMRI扫描是在受试者执行任务时进行的,它使我们能够通过跟踪血氧水平来了解大脑正在使用的资源。”

“越来越多的研究向我们表明,大脑的结构会影响其功能,特别是在衰老和白质方面。在早期的工作中,我们已经在白质网络中更广泛地显示了这种效果。在这里,我们要进行捆绑该研究更具体地涉及到额叶白质网络,我们知道这与高级执行功能有关。”该研究的主要作者,衰老与认知实验室肯尼迪神经影像学研究助理克里斯蒂娜·韦伯博士说。

利用这两套指标,研究人员可以预测认知表现,然后将期望与受试者的实际表现进行比较。

肯尼迪说:“虽然这不能检验因果关系,但可以将其用于检验假设,这些假设基于我们对大脑工作原理的了解。” “我们的理论是年龄会直接降解白质,进而导致灰质无法完全升高。结果对认知产生不利影响。”

肯尼迪(Kennedy)的工作是研究健康的神经衰老和病理状况的趋势的一部分,而这种病理状况在整个20世纪末都得到了更为彻底的研究。

她说:“越来越多的感觉认为,它只能帮助我们了解这些少数疾病,而不是了解人们的理想年龄。” 相比之下,通过比较需要更好地了解任何疾病都需要该基线。”

自四年前获得原始测量结果以来,研究人员一直在从研究队列中收集新数据。他们计划通过即将进行的纵向研究来解决一些较大的衰老问题,该研究将比较来自同一人在两个不同时间点的数据。

韦伯说:“也许我们可以利用早日看到发生的事情,每个人的健康状况和正常情况,并确定何时发生变化,或帮助确定走向病理的道路。” “我们在这个生命周期的早期发现了这个群体的差异。看到生命周期早期的事情,并有了纵向数据,将有望帮助我们确定这些人是否已经走上了不同的道路。”

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