研究探索健康大脑结构的变化如何影响认知

随着人类大脑年龄的增长，允许大脑不同部分相互沟通的神经回路会逐渐磨损，即使是健康的成年人也是如此。

德克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas at Dallas)的科学家们正在利用成像技术研究这一过程，以便更好地理解它是如何联系在一起的认知能力下降在健康的人的一生中

行为与脑科学学院(School of Behavioral and brain Sciences)心理学副教授、达拉斯大学生命长寿中心(UT Dallas' Center for Vital Longevity)的克里斯汀·肯尼迪(Kristen Kennedy)博士说:“我们正试图弄清楚，随着年龄的增长，是什么导致了认知能力的下降，即使我们身体健康。”“我们在实验室所做的一切都是在为这个谜题添砖加瓦。”

在6月7日在线发布的一项研究中和十月期间老化神经生物学，首席研究员肯尼迪和她的同事描述了它们如何使用一对成像技术来利用大脑的一个区域中的电路的降解以降低效率执行职能。该研究包括169岁至94岁之间的169名健康人受试者。

在基本层面上，大脑由灰质区域组成，这些灰质区域与白质相互连接。灰质主要由神经元细胞体组成，是活动的中心，从高等学习和记忆到感觉接收和肌肉反应。白质主要由有髓鞘的轴突组成，这部分神经元传递信号到灰质区域。

克里斯蒂娜韦伯博士，研究的主要作者和肯尼迪实验室的研究助理说，对白质的不断发展的研究表明，其传播信号的能力强烈影响认知和高阶处理。

“越来越多的研究向我们表明，大脑的结构会影响其功能，尤其是在衰老和白质方面，”她说。“在早期的工作中，我们在更广泛的白质网络中显示了这种效应。在这里，我们将它更具体地与额纹状体白质网络联系起来，我们知道这与高级执行功能有关。”

肯尼迪说，当大脑面临一项具有挑战性的任务时，它必须“增加”它的活动，而且在整个生命周期中，活动的数量需要改变。

“这项研究表明，当你变老时，你的灰质区域的输出量不会增加，”她说。“一个原因是白质连接退化了。神经元之间的电传递没有那么完整。”

研究小组使用了两种不同的成像技术来检查白质连接是如何失去完整性的，以及这如何影响不同年龄的人的认知。

其中一种技术是弥散张量成像，它测量了大脑中水弥散的方向性。韦伯将理想的性能比作通过吸管的水。

“如果水受到该路径的限制，这代表了更快的信息处理，”她说。“如果水非常漫射，可自由流动，可以减缓神经元之间的通信效率。所以我们正在测量结构连接的有效性。”

科学家们将这种洞察力与功能性MRI（FMRI）相结合，肯尼迪被描述为“一种动态，时刻到时刻看大脑实时所做的事情”。

“虽然其他扫描是结构性的，但在受试者执行任务时采取的FMRI扫描 - 允许我们通过跟踪血氧水平，看看大脑使用的资源，”她说。

“越来越多的研究向我们表明，大脑的结构会影响其功能，尤其是在衰老和白质方面。在早期的工作中，我们在白质网络中更广泛地展示了这种效应。该研究的主要作者、肯尼迪衰老与认知实验室(Kennedy Neuroimaging of Aging and Cognition Lab)的研究助理克里斯蒂娜·韦伯(Christina Webb)博士说。

通过这两套指标，研究人员可以预测认知性能，然后比较对象实际执行的对象的期望。

“虽然这不检查因果关系，但这种技术可用于测试假设，这是基于我们对我们认为方式的知识大脑作品,”肯尼迪说。“我们的理论是，年龄直接降低了白质，这反过来又会导致灰质无法完全增强。其结果是对认知的有害影响。”

肯尼迪的工作是一个趋势的一部分，即在研究健康的神经衰老的同时也研究病理状况，这在20世纪末得到了更彻底的研究。

她说:“越来越多的人认为，与了解人们如何理想地变老相比，了解这少数几种疾病对我们的帮助有限。”“通过比较，我们需要更好地了解任何疾病的基线。”

自四年前获得原始测量数据以来，研究人员一直在从研究队列中收集新的数据。他们计划通过一项即将进行的纵向研究来解决老龄化的一些更大的问题，该研究将比较同一个人在两个不同时间点的数据。

韦伯说:“也许我们可以利用早期观察发生了什么，当每个人都是健康和正常的，并确定何时发生变化，或帮助确定通往病理的道路。”“我们在这一群体的寿命早期就看到了差异。观察在生命周期的早期发生了什么，以及纵向数据，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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