Frontiers in Aging Neuroscience

Introducere

Îmbătrânirea biologică este asociată cu atrofia creierului atât la scară micro cât și macroscopică (Esiri, 2007). La nivel microscopic, sunt implicate moartea neuronală, micșorarea arborilor dendritici și a neuropilului, precum și scăderea numărului de coloane vertebrale (Murphy et al., 1996; Kolb și Whishaw, 1998; Anderton, 2002). La nivel macroscopic, studiile de neuroimagistică arată că scăderile volumetrice se produc la nivelul întregului creier, unele regiuni fiind mai afectate decât altele (DeCarli et al., 2005; Fotenos et al., 2005).

Studiile volumetrice au fost foarte eficiente în utilizarea datelor de imagistică prin rezonanță magnetică (IRM) pentru a caracteriza modelele localizate de atrofie cerebrală de-a lungul întregii vieți. Cu toate acestea, ele au, de asemenea, unele limitări importante. În mod specific, deoarece contrastul de intensitate RMN între materia cenușie (GM) și materia albă (WM) scade odată cu vârsta, estimările atrofiei cerebrale tind să subestimeze rata reală de contracție (Kochunov et al., 2005; Lemaitre et al., 2012). Mai mult decât atât, măsurile volumetrice nu sunt foarte sensibile la plierea complicată a suprafeței cerebrale și, prin urmare, pot introduce prejudecăți regionale și pot scădea puterea statistică (Lemaitre et al., 2012).

Măsurătorile alternative – care nu suferă de aceste limitări – ar putea fi utile pentru a completa măsurile volumetrice existente. Recent, măsurarea morfologiei sulcale a devenit o abordare mai accesibilă pentru a investiga variabilitatea neuroanatomică (Mangin et al., 2004b). Deoarece măsurile sulcale nu depind de identificarea precisă a granițelor GM și WM și sunt mai sensibile la plierea complexă a suprafeței cerebrale, acestea pot fi mai sensibile la detectarea schimbărilor legate de vârstă în structura cerebrală (Lamont et al., 2014).

Cu timpul îmbătrânirii, sulcile devin mai late și mai puțin adânci (Rettmann et al., 2006; Liu et al., 2013a). Modificările sulciale sunt produsul micșorării girusurilor adiacente acestora, precum și al unor modificări mai distale care pot afecta forma globală a creierului cu multe consecințe regionale. Aceste forțe globale sunt determinate de modificările combinate în GM și WM corticale, precum și în alte structuri subcorticale (Im et al., 2008; Kochunov et al., 2008; Liu et al., 2013b). Cu toate acestea, o serie de întrebări rămân fără răspuns. În primul rând, se cunosc puține lucruri despre magnitudinea și localizarea modificărilor sulcale la vârsta mijlocie (MA). În al doilea rând, nu este clar dacă modificările sulcale sunt determinate de atrofia structurilor locale adiacente sau de modificarea volumelor globale ale țesuturilor. În al treilea rând, nu este clar dacă lățimea sau adâncimea sulcalului este mai puternic asociată cu diferențele structurale ale creierului.

Scopul acestui studiu este de a aborda aceste întrebări prin: (1) investigarea modului în care diferă morfologia sulcală între vârsta adultă mijlocie și vârsta înaintată (OA); (2) determinarea faptului dacă volumul structurilor cerebrale locale sau al întregului creier sunt mai puternic asociate cu caracteristicile sulcale; și (3) investigarea faptului dacă lățimea sau adâncimea sulcală este mai puternic asociată cu diferențele volumetrice locale ale creierului. S-a prezis că: (a) sulci în MA ar fi mai înguste și mai adânci decât în OA; (b) caracteristicile structurale locale ar fi mai puternic asociate cu morfologia sulcală în majoritatea sulcilor decât măsurile volumetrice globale; și (c) lățimea sulcală ar fi mai puternic asociată cu diferențele volumetrice locale ale creierului decât adâncimea sulcală.

Materiale și metode

Participanți

Participanții au fost selectați din cadrul proiectului Personality and Total Health Through Life (PATH) (Anstey et al., 2012). Participanții la PATH erau rezidenți ai Teritoriului Capitalei Australiene și ai orașului vecin Queanbeyan, Australia, și au fost recrutați aleatoriu prin intermediul listelor electorale (Anstey et al., 2012). Înscrierea la vot este obligatorie pentru cetățenii australieni, ceea ce face ca această cohortă să fie reprezentativă pentru populație. Toți participanții au oferit consimțământul informat în scris, iar acest studiu a fost realizat în conformitate cu recomandările Declarației naționale din 2007 privind conduita etică în cercetarea pe subiecți umani, Consiliul Național de Cercetare în Sănătate (NHMRC). Protocolul a fost aprobat de către Comitetul de Etică al Universității Naționale Australiene și toți participanții au oferit consimțământul în cunoștință de cauză în scris.

Studiul de față se concentrează asupra participanților MA (44-48 de ani) și OA (64-68 de ani) la a doua evaluare a studiului PATH, deoarece scanările RMN au fost disponibile pentru prima dată la acest val pentru eșantionul MA. Procesul de selecție este rezumat în figura 1. Pe scurt, dintre participanții incluși inițial în PATH (40 s: n = 2530; 60 s: n = 2551), un subeșantion a avut o scanare RMN la a doua evaluare (40 s: n = 431; 60 s: n = 422). Dintre aceștia, participanții au fost excluși dacă au suferit un accident vascular cerebral, epilepsie sau boala Parkinson (40 s: n = 7; 60 s: n = 26; a se vedea figura 1). Eșantionul final include 403 participanți la MA și 390 de participanți la OA.

FIGURA 1

Figura 1. Includerea eșantionului (stânga: cohorta 40+; dreapta: cohorta 60+).

Achiziția RMN

Toți participanții au fost supuși imagisticii cu un scaner Phillips Gyroscan ACS-NT de 1,5-T (Phillips Medical Systems, Best, Olanda). Imaginile structurale 3D ponderate T1 au fost achiziționate în orientare coronală utilizând o secvență de ecou în câmp rapid cu următorii parametri: timp de repetiție/timp de ecou = 28,005/2,64 ms; unghi de întoarcere = 30°; dimensiunea matricei = 256 × 256; câmpul de vizualizare = 260 × 260 mm; grosimea feliei = 2.0 mm și distanța de la mijlocul feliei la mijlocul feliei = 1,0 mm, oferind felii coronale supraconținute și o rezoluție spațială în plan de 1,016 × 1,016 × 2 mm.

Analize RMN

Toate scanările RMN ale participanților au fost mai întâi procesate folosind FreeSurfer1 (Fischl, 2012). Software-ul FreeSurfer permite parcelarea automată a volumelor suprafeței corticale folosind imagini ponderate T1 (Dale et al., 1999). Pe scurt, acest lucru a implicat: (1) corecția neuniformității; (2) înregistrarea imaginii; (3) decaparea craniului; (4) segmentarea GM/WM; (5) corecții de suprafață; și (6) parcelarea ghiriilor (Dale et al., 1999; Desikan et al., 2006).

Suprafața corticală tridimensională produsă în Freesurfer a fost importată în BrainVISA pentru măsurători sulcale2 (Shokouhi et al., 2011). Un model de sulci corticale a fost produs automat pentru fiecare participant cu ajutorul pipeline-ului standard. Pe scurt, aceasta a inclus: (1) extragerea suprafeței corticale; (2) segmentarea regiunilor gyrale și sulcale; (3) calcularea unei hărți de adâncime sulcală; și (4) construirea unui schelet reprezentând forma sau „coca” sulcilor identificați. Pe baza acestor etape, BrainVISA generează o hartă integrată care combină toate sulcile măsurabile cu etichete extrase dintr-un atlas cerebral (de exemplu, etichete identificate în FreeSurfer; Kochunov et al., 2012) și calculează o măsură a adâncimii și lățimii sulcilor. Lățimea medie a sulcalului este definită ca fiind întinderea medie a spațiului intra-sulcal de-a lungul proiecțiilor normale la ochiul sulcal, adică valoarea medie a distanțelor dintre două gyri adiacente de-a lungul unui sulcus. Adâncimea medie a sulcusului se referă la distanța medie de la suprafața corticală a girusurilor adiacente până la cel mai adânc punct din sulcus.

Regions of Interest (ROI)

Sulcal ROI

Cinci sulci din fiecare emisferă au fost aleși pentru analiză, inclusiv (Figura 2): (A) sulcusul frontal superior, (B) sulcusul central, (C) sulcusul lateral, (D) sulcusul temporal superior și (E) sulcusul intra-parietal. Acestea au fost alese deoarece sunt prezente la toți indivizii; sunt mari și relativ ușor de identificat cu precizie (Liu et al., 2010); și sunt situate în fiecare lob cerebral sau adiacente fiecărui lob cerebral și, astfel, pot reflecta mai bine modificările volumetrice care au loc în aceste regiuni.

FIGURA 2

Figura 2. Cele cinci sulci și gyri adiacente selectate pentru investigație. Sus: (A) Sulcus frontal superior, (B) Sulcus central, (C) Sulcus lateral, (D) Sulcus temporal superior și (E) Sulcus intraparietal. Jos: Sulcusul frontal superior: frontal superior (A1), frontal mediu (A2) + (A3). Sulcusul central: precentral (B1), post-central (B2). Sulcus lateral: temporal superior (C). Sulcus temporal superior: temporal superior (D1), temporal mediu (D2). Sulcus intra-parietal: parietal superior (E1), parietal inferior (E2).

GM și WM ROI

S-au produs estimări volumetrice GM și WM pentru 34 regiuni în fiecare emisferă (Liu et al., 2013b). Regiunile adiacente celor cinci sulci selectați au fost alese ca factori locali (LF) pentru a indexa impactul local asupra modificărilor sulcale. Acestea au inclus: pre-central, post-central, frontal superior, frontal mijlociu, temporal superior, temporal mijlociu, parietal superior și parietal inferior (Figura 2). În plus, volumele corticale totale GM și WM au fost selectate ca factori globali (GF). GM corticală totală a fost aleasă mai degrabă decât GM cerebrală totală, deoarece aceasta din urmă include GM subcorticală și cerebeloasă, despre care se crede că au un impact mai mic asupra morfologiei sulcale (Liu et al., 2013b).

Analize statistice

Toate analizele statistice au fost efectuate utilizând IBM SPSS 20.0. Asocierile dintre caracteristicile sulcale și vârstă au fost investigate cu analize de regresie liniară multiplă care controlează sexul, volumul intracranian (ICV), educația și genotipul APOE ε4. Efectul vârstei a fost investigat prin contrastarea MA și OA și prin testarea efectului vârstei în cadrul grupului (AgeC). În acest scop, au fost calculate două variabile, una reflectând dacă participanții se aflau în grupul MA sau OA, iar cealaltă reflectând variația vârstei în cadrul grupului (AgeC). Pentru AgeC, vârsta fiecărui participant a fost centrată pe media grupului lor prin scăderea vârstei minime rotunjite a grupului lor de vârstă (45 și 65 de ani) din vârsta lor.

Pentru a testa dacă LF sau GF au fost mai puternic asociate cu caracteristicile sulcale, precum și pentru a compara sensibilitatea lățimii și a adâncimii sulcale la diferențele volumetrice locale ale creierului, au fost utilizate analize de regresie multiplă și au fost testate diferențele în ΔR2 între modele. Am aplicat corecțiile Bonferroni și am considerat p < 0,01 ca fiind semnificativ din punct de vedere statistic, având în vedere că au fost investigate cinci sulci.

Rezultate

Demografice

Demografice sunt prezentate în Tabelul 1. Participanții la MA nu au prezentat diferențe semnificative în ceea ce privește vârsta (p = 0,180), sexul (p = 0,708) și anii de educație (p = 0,752) față de întreaga cohortă PATH 40+. De asemenea, participanții OA nu au prezentat diferențe semnificative în ceea ce privește vârsta (p = 0,473), sexul (p = 0,077) și anii de educație (p = 0,912) față de întreaga cohortă 60+ PATH. Participanții MA și OA s-au diferențiat semnificativ între ei în ceea ce privește vârsta, sexul, anii de educație, scorul de depresie Goldberg, fumatul, diabetul și hipertensiunea arterială (p < 0,05, a se vedea tabelul 1).

TABEL 1

Tabel 1. Caracteristici demografice.

Diferențe de vârstă în ceea ce privește caracteristicile sulcitare

Lățimea sulcitarelor

Lățimea medie a sulcitarelor investigate a fost de 1,27 mm (SD = 0,17 mm) la MA și de 1,49 mm (SD = 0,20 mm) la OA, reprezentând o diferență de 17,3% între grupele de vârstă aflate la o distanță de 20 de ani (0,87%/an, p < 0,001; a se vedea tabelul suplimentar S1 pentru detalii). În MA, lățimile sulcitare ale tuturor celor 10 sulci au fost semnificativ mai înguste decât în OA (Figura 3A). Sulcusul frontal superior stâng a prezentat cea mai mare diferență sulcală (0,341 mm; 22,11%), iar sulcusul intraparietal drept cea mai mică (0,154 mm; 13,25%). În general, s-a observat un gradient topografic anterior spre posterior în ceea ce privește lățimea sulcală, astfel încât lățimea sulcală a devenit mai îngustă de la lobul frontal spre lobul occipital în ambele grupe de vârstă. Nu a fost detectată nicio asociere semnificativă între lățimea sulcală și vârstă (AgeC) în cadrul benzilor de vârstă de 4 ani ale celor două grupe de vârstă. În plus, lipsa unei interacțiuni semnificative între vârstă și grupa de vârstă (AgeC × AgeG) a indicat faptul că rata de lărgire a sulcusului odată cu vârsta nu a fost diferită între MA și OA (a se vedea tabelul suplimentar S2).

FIGURA 3

Figura 3. Diferențele de lățime (A) și adâncime (B) a sulcusului între vârsta mijlocie (MA) și bătrânețe (OA). Sunt arătate mediana, intervalul de 1-a și a 3-a cuartilă a lățimii și adâncimii sulcalului în MA și OA. Mustățile indică valoarea minimă și maximă. *Indică diferențe semnificative (p < 0,01) între grupele de vârstă în ceea ce privește lățimea/profunditatea sulcalului. Sulcus frontal superior (frontal); sulcus central (central), sulcus lateral (lateral); sulcus temporal superior (temporal); sulcus intraparietal (parietal).

Adâncimea sulcusului

Adâncimea medie a sulcusurilor investigate a fost de 15,98 mm (SD = 2,12 mm) la MA și de 15,67 mm (SD = 2,07 mm) la OA, reprezentând o diferență de 1,93% între grupele de vârstă aflate la 20 de ani distanță (0,1%/an). Adâncimea sulcusurilor intraparietale stânga și dreapta a fost semnificativ mai adâncă în MA decât în OA (p < 0,01; Figura 3B). Sulcusul intra-parietal drept a prezentat o diferență sulcală mai mare (0,442 mm; 3,00%) între grupuri decât cel stâng. Nu a fost detectată nicio asociere semnificativă între adâncimea sulcală și vârstă (AgeC) în cadrul grupului de vârstă. Interacțiunea dintre vârstă și grupa de vârstă (AgeC × AgeG) a arătat că, în sulcusul intra-parietal stâng, a existat o diferență semnificativă în ceea ce privește rata de schimbare anuală a adâncimii sulcale (MA: 0,086 mm/an; OA: -0,097 mm/an; a se vedea tabelul suplimentar S3).

Diferențe de sex în ceea ce privește caracteristicile sulcale

Pentru a determina dacă caracteristicile sulcale diferă între masculi și femele în MA și OA, au fost testate interacțiunile dintre sex și grupa de vârstă (Sex × AgeG). Pentru lățimea sulcală, au fost observate diferențe semnificative în sulcusul lateral stâng (masculi = 0,278 mm, femele = 0,205 mm), sulcusul intra-parietal stâng (masculi = 0,251 mm, femele = 0.171 mm), sulcusul central stâng (masculi = 0,333 mm, femele = 0,250 mm), sulcusul frontal superior stâng (masculi = 0,341 mm, femele = 0,251 mm) și drept (masculi = 0,226 mm, femele = 0,134 mm) (Figura 4A). În general, modificarea lățimii sulcusului a fost semnificativ mai mare la bărbați decât la femei. Nu a fost detectată nicio diferență semnificativă în ceea ce privește adâncimea sulcală (Figura 4B; Tabelele suplimentare S2, S3).

FIGURA 4

Figura 4. Diferențe în lățimea (A) și adâncimea (B) sulcală între masculi și femele. Sunt arătate mediana, intervalul de prima și a treia cuartilă a lățimii și adâncimii sulcale în MA și OA. Mustățile indică valoarea minimă și maximă. *Indică diferențe semnificative (p < 0,01) între sexe pe grupe de vârstă în ceea ce privește lățimea/profunditatea sulcalului. Sulcus frontal superior (frontal); sulcus central (central), sulcus lateral (lateral); sulcus temporal superior (temporal); sulcus intra-parietal (parietal).

Diferențe de lateralitate în caracteristicile sulcale

Lățimea medie a sulcusului tuturor celor 10 sulci în ambele grupe de vârstă a fost de 1,39 mm (SD 0,24) în emisfera stângă și de 1,37 mm (SD 0,18) în cea dreaptă. Adâncimea medie a tuturor celor 10 sulci la ambele grupe de vârstă a fost de 15,80 mm (SD 2,19) în emisfera stângă și de 15,85 mm (SD 2.00) în dreapta. Pentru a testa dacă măsurile sulcale erau diferite între cele două emisfere în ambele grupe de vârstă, au fost comparate caracteristicile sulcale stângi și drepte. Pentru lățimea sulcală, s-a observat o diferență semnificativă între emisfera stângă și cea dreaptă în sulcusul intra-parietal (intervalele de încredere nu s-au suprapus, a se vedea tabelul suplimentar S2). Pentru adâncimea sulcală, nu s-au constatat diferențe semnificative între emisferele stângă și dreaptă.

Asocierea dintre caracteristicile sulcale și factorii locali și globali

LF au fost mai predictive pentru lățimea sulcală în sulcusul frontal superior, în timp ce GF au fost mai predictive în sulcusul lateral (Figura 5A). Pentru adâncimea sulcală, LF au fost, în general, mai predictive în majoritatea sulcilor (Figura 5B, Tabelele suplimentare S4-S6). LF și GF au fost corelate în mod semnificativ, cu r variind de la 0,872 la 0,944.

FIGURA 5

Figura 5. Contribuția LF și GF la lățimea (A) și adâncimea (B) sulcalului. Factori locali (LF); factori globali (GF). Modificările R pătrat (ΔR2) indică modificările puterii explicative între modelele cu și fără LF sau GF (proporția de variabilitate a măsurilor sulcale explicată de LF sau GF). *Indică o asociere semnificativă (p < 0,01) între LF sau GF și lățimea sau adâncimea sulcalului. Bara de eroare arată intervalul de încredere de 95%, care indică diferențe semnificative (intervalul de încredere de 95% nu se suprapune) între LF și GF în explicarea lățimii/profundității sulcale.

Sensibilitatea lățimii și a adâncimii sulcale la diferențele de volum local al creierului

Pentru a determina dacă lățimea sau adâncimea sulcală a fost mai predictivă pentru volumele gyrale locale în emisferele stângi (Figura 6A) sau drepte (Figura 6B), cele două măsuri au fost introduse împreună în analizele de regresie (Tabelul suplimentar S7). Acestea au arătat că lățimea sulcală a fost, în general, mai puternic asociată cu diferențele de volum local al creierului în sulcusul frontal superior, sulcusul lateral și sulcusul temporal superior, în timp ce adâncimea sulcală a fost, în general, mai puternic asociată cu volumul local al creierului în sulcusul central și sulcusul intra-parietal, sugerând un gradient de la ventro-anterior la dorso-posterior. În ceea ce privește diferențele specifice, lățimea sulcală a fost asociată în mod semnificativ cu volumul giroscopic local la nivelul sulcusului intraparietal drept, dar nu și la nivelul sulcusului intraparietal stâng, atât la OA, cât și la MA. Adâncimea sulcală a fost asociată semnificativ cu volumul local gyral la nivelul sulcusului lateral stâng în OA, la nivelul sulcusului temporal drept în MA și la nivelul sulcusului intra-parietal stâng atât în MA cât și în OA și la nivelul sulcusului intra-parietal drept în MA.

FIGURA 6

Figura 6. Sensibilitatea lățimii și adâncimii sulcusului la diferențele volumetrice locale ale creierului în emisferele stângă (A) și dreaptă (B). MA, vârstă mijlocie; OA, vârstă înaintată. Modificările R-pătrat (ΔR2) indică modificările puterii explicative între modelele cu și fără lățimea sau adâncimea sulcală (proporția de variabilitate a volumelor gyrale locale explicată de lățimea sau adâncimea sulcală). *Indică o asociere semnificativă (p < 0,01) între volumele gyrale locale și lățimea sau adâncimea sulcalului.

Discuție

Acest studiu a produs patru constatări principale. În această cohortă mare bazată pe populație: (1) sulcele au fost mai largi la participanții mai în vârstă în toate cele cinci sulci investigate; (2) adâncimea sulcală a fost semnificativ mai mică la participanții mai în vârstă în sulcul intra-parietal; (3) LF au fost în general mai predictive pentru morfologia sulcală decât GF; și (4) lățimea sulcală a fost în general mai puternic asociată cu diferențele volumetrice locale ale creierului.

Vârsta, sexul și lateralitatea

După cum s-a prezis și în general în concordanță cu literatura de specialitate, cele 10 sulci investigate au fost mai largi la participanții mai în vârstă (Kochunov și colab., 2005; Liu et al., 2010). Cu toate acestea, în ceea ce privește adâncimea sulcusului, spre deosebire de constatările anterioare, rezultatele au arătat că, deși adâncimile celor 10 sulci au fost în general mai puțin adânci la participanții mai în vârstă, doar sulcul intra-parietal a fost semnificativ mai puțin adânc. Motivul pentru această discrepanță s-ar putea să se fi datorat diferențelor de cohortă. În studiul lui Kochunov, vârsta participanților a cuprins un interval de vârstă foarte larg de 20-82 de ani și, prin urmare, ar fi putut fi mai probabil să prezinte diferențe sulcale mai mari.

Cea mai mare diferență de lățime sulcală între cele două grupe de vârstă (12,85%) a fost găsită în sulcusul frontal superior stâng. Acest model a fost raportat anterior (Kochunov et al., 2005) și este în concordanță cu studiile anatomice ale îmbătrânirii care arată o atrofie accelerată a GM în regiunea frontală superioară (Wu et al., 1996; Xu et al., 2000; Good et al., 2001; Raz și Rodrigue, 2006; Smith et al., 2007; Fjell et al., 2009). S-a sugerat că regiunile frontale se maturizează mai târziu în timpul dezvoltării (Gogtay et al., 2004) și, prin urmare, pot fi mai vulnerabile la îmbătrânire (Fjell et al., 2014). Motivul pentru acest efect nu a fost elucidat, dar se poate datora unei diferențe în arhitectura corticală (Fjell et al., 2014). Mai mult, s-a constatat că lărgirea legată de vârstă urmează, în general, un gradient de la anterior la posterior. Acest lucru este probabil legat de faptul că lobii temporali și occipitali suferă un declin volumetric mai mic odată cu vârsta în comparație cu lobii frontali și parietali (Resnick et al., 2003).

Analizele diferențelor de sex au arătat efecte semnificative, care au variat între grupele de vârstă, astfel încât bărbații au avut o lățime sulcală mai mare decât femeile în OA (sulci lateral drept, parietal stâng și central stâng, precum și în sulcii frontali superiori stâng și drept), dar nu și în MA. Efectul opus a fost constatat pentru sulcusul lateral stâng. În mod important, aceste diferențe au fost detectate după controlul pentru ICV și, prin urmare, nu pot fi atribuite diferențelor cunoscute în ceea ce privește dimensiunea capului între sexe. Un studiu anterior a constatat, de asemenea, diferențe sulcale legate de vârstă la bărbați și femei, cum ar fi o lățime sulcală diferită la bărbați față de femei în sulcul temporal superior (bărbați: 0,83 mm/decadă; femei: 0,58 mm/decadă), colateral (bărbați: 0,82 mm/decadă; femei: 0,54 mm/decadă) și cingular (bărbați: 0,88 mm/decadă; femei: 0,66 mm/decadă; Kochunov și colab, 2005). Este probabil ca aceste diferențe să fie determinate de o serie de factori. Pe lângă variația clar demonstrată a unor procese fiziologice și hormonale, bărbații și femeile au o expunere diferită la factori de risc demonstrați pentru neurodegenerare (Cherbuin et al., 2015), variază în ceea ce privește predispoziția lor genetică la afecțiuni neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer, și fac alegeri diferite în ceea ce privește stilul de viață care se referă la sănătatea cerebrală (de exemplu, fumatul, dieta, exercițiile fizice etc.). Este probabil ca aceste diferențe să contribuie la atrofia GM corticală mai rapidă documentată la bărbați (Curiati et al., 2009). Mai mult decât atât, s-a constatat, de asemenea, că bărbații au mai puțină girrificare corticală decât femeile, ceea ce poate contribui, de asemenea, la variația în lărgirea sulcală (Luders et al., 2004).

Diferențe semnificative de lățime sulcală în emisferele stângă și dreaptă au fost observate în sulcile intra-parietale și sunt în concordanță cu lateralizarea proceselor de atenție și cu asimetriile structurale raportate în cortexul parietal (Jeong și Xu, 2016). Cu toate acestea, majoritatea sulciilor nu au prezentat diferențe semnificative în lateralitate. Acest lucru este surprinzător, deoarece diferențele de lateralitate ar fi putut fi așteptate în sulcusul central datorită handness-ului (Mangin și colab., 2004a), sau în lobul frontal medial și în girusul temporal superior datorită implicării lor în procesarea limbajului, despre care se știe că este lateralizat în emisfera stângă la majoritatea indivizilor (Foundas și colab., 1994; Holland și colab., 2007; Vannest și colab, 2009).

Influența factorilor locali și globali asupra caracteristicilor sulcale

O întrebare importantă care trebuie rezolvată pentru a evalua caracteristicile sulcale ca indici ai atrofiei cerebrale este dacă acestea reflectă mai mult modificările regionale ale creierului proximale unui anumit girus sau dacă integrează modificări mai globale distribuite mai difuz în întregul creier. O problemă este că volumele locale și globale ale creierului sunt foarte corelate, ceea ce duce la suprapunerea puterii explicative. Cu toate acestea, rezultatele acestui studiu au identificat o diferență semnificativă în asocierile dintre LF/GF și caracteristicile sulcale în unele sulci. Constatările noastre arată că LF au fost mai predictive pentru lățimea sulcusului în sulcusul frontal superior, în timp ce GF au fost mai predictive pentru lățimea sulcusului în sulcusul lateral. Mai mult, LF au fost mai puternic asociate cu adâncimea sulcală în toate grilele investigate. Aceste rezultate nu sunt complet în concordanță cu ipotezele noastre de lucru și cu studiile anterioare care au constatat că GM local a fost de obicei mai puternic asociat cu lățimea sulcală decât GM global (Liu et al., 2013b). Această discrepanță poate fi explicată prin faptul că Liu și colegii nu au luat în considerare contribuția WM. Deoarece atât GM local, cât și WM contribuie la variabilitatea sulcală (Im et al., 2008), constatările noastre ar putea reflecta influențe locale și globale diferite ale WM asupra caracteristicilor sulcale în diferite regiuni ale creierului.

Deși s-a sugerat că modificările sulcale adiacente anumitor girale pot indica pierderea funcției susținute de aceste girale (Rettmann et al., 2006), constatările noastre sugerează o poveste mai complexă. Într-adevăr, am constatat că lățimea sulcalului a fost mai puternic asociată cu volumele regiunilor cerebrale locale adiacente sulcusului frontal superior, dar că volumul global al creierului a fost mai puternic asociat cu lățimea sulcalului lateral. Mai mult, volumele locale și globale au contribuit în mod similar la lățimea sulciului central, temporal și parietal. În schimb, adâncimea sulcală a tuturor sulcilor a fost în mod constant mai puternic asociată cu volumele giroscoapelor adiacente decât volumele globale. Astfel, deși nu putem investiga această întrebare în studiul de față, s-ar părea că diferențele legate de vârstă în ceea ce privește lățimea și adâncimea sulcală pot reflecta, în general, mai mult modificările funcționale legate de gyri locale, deși ar putea exista o serie de excepții în legătură cu lățimea anumitor gyri.

Lățimea și profunzimea sulcalului și volumele locale ale creierului

Pe lângă clarificarea modului în care LF sau GF contribuie la morfologia sulcalului, o întrebare importantă nerezolvată este dacă lățimea sau profunzimea sulcalului este mai puternic asociată cu structura locală a giralelor, atunci când ambele măsuri sunt luate în considerare împreună. Am constatat că lățimea sulciilor frontal superior, lateral și temporal superior au fost mai predictive pentru volumele girale adiacente. În schimb, adâncimea sulcusului central și intra-parietal a fost mai predictivă pentru volumele locale.

Acest studiu a avut o serie de limitări, dar și câteva puncte forte. Designul transversal utilizat nu permite inferențe cauzale și sunt necesare investigații longitudinale pentru a confirma aceste constatări. Mai mult, designul de cohortă de vârstă restrânsă utilizat în cadrul fiecărei grupe de vârstă și diferența mare de vârstă între grupele de vârstă nu ne-au permis să investigăm dacă efectele vârstei sunt progresive între MA și OA sau dacă acestea urmează o tendință neliniară. Cu toate acestea, această caracteristică a designului este, de asemenea, un punct forte, deoarece permite măsurători mai precise ale caracteristicilor sulcusului în cadrul intervalelor de vârstă selectate.

Concluzie

Sulcusul a fost în medie cu 17,3% mai larg în OA comparativ cu MA, sulcusul frontal superior stâng prezentând cea mai mare diferență (22,11%). Sulcii intraparietal stâng și drept au fost, de asemenea, semnificativ mai puțin adânci în OA decât în MA. În mod important, am constatat că volumul materiei cenușii și al materiei albe adiacente sulcusului frontal superior (LF) a fost foarte predictiv pentru variabilitatea lățimii acestui sulcus, în timp ce volumele de materie cenușie și albă din întregul creier (GF) au fost mai predictive pentru lățimea sulcusului în sulcusul lateral. Aceste rezultate sugerează că caracteristicile sulcusului pot oferi informații unice despre schimbările în structura locală și globală a creierului în timpul îmbătrânirii.

Contribuții ale autorilor

KJ și TZ au contribuit la proiectarea studiului, au oferit contribuții metodologice și expertiză teoretică, au efectuat analizele statistice și toate aspectele legate de pregătirea și prezentarea manuscrisului. MS a furnizat contribuții metodologice și expertiză teoretică, a contribuit la analizele statistice și a contribuit la redactarea și editarea manuscrisului. PS a contribuit la conceperea studiului, a oferit contribuții metodologice și expertiză teoretică și a contribuit la redactarea și editarea manuscrisului. NC a contribuit la conceperea studiului, a oferit contribuții metodologice și expertiză teoretică, a contribuit la analizele statistice și a contribuit la redactarea și editarea manuscrisului.

Finanțare

Studiul a fost susținut de Consiliul Național de Sănătate și Cercetare Medicală (NHMRC) din Australia Grant nr. 973302, 1002160 și 1063907. NC a fost finanțat de ARC Fellowship nr. 12010227.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Recunoștințe

Autorii sunt recunoscători lui Anthony Jorm, Peter Butterworth, Simon Easteal, Chantal Meslin, Patricia Jacomb, Karen Maxwell și intervievatorilor din cadrul proiectului PATH. Această cercetare a fost întreprinsă parțial pe instalația National Computational Infrastructure (NCI) din Canberra, Australia, care este susținută de Guvernul Commonwealth-ului australian.

Abbreviații

AgeC, vârstă în cadrul grupului; AgeG, grup de vârstă (vârstă mijlocie sau bătrânețe); GM, materie cenușie; ICV, volum intracranian; MA, vârstă mijlocie; OA, bătrânețe; PATH, Personality and Total Health Through Life; ROI, regiune de interes; WM, materie albă.

Notele de subsol

  1. ^ http://freesurfer.net/
  2. ^ http://brainvisa.info/

Materiale suplimentare

Materialul suplimentar pentru acest articol poate fi găsit online la adresa: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnagi.2018.00339/full#supplementary-material

Anderton, B. H. (2002). Îmbătrânirea creierului. Mech. Ageing Dev. 123, 811-817. doi: 10.1016/s0047-6374(01)00426-2

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Anstey, K. J., Christensen, H., Butterworth, P., Easteal, S., Mackinnon, A., Jacomb, T., et al. (2012). Profilul cohortei: proiectul PATH through life. Int. J. Epidemiol. 41, 951-960. doi: 10.1093/ije/dyr025

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Cherbuin, N., Mortby, M. E., Janke, A. L., Sachdev, P. S. S., Abhayaratna, W. P. P., și Anstey, K. J. (2015). Tensiunea arterială, structura creierului și cogniția: asociații opuse la bărbați și femei. Am. J. Hypertens. 28, 225-231. doi: 10.1093/ajh/hpu120

PubMed Abstract | Full CrossRef Text | Google Scholar

Curiati, P. K., Tamashiro, J. H., Squarzoni, P., Duran, F. L., Santos, L. C., Wajngarten, M., et al. (2009). Variabilitatea structurală a creierului datorată îmbătrânirii și sexului la vârstnicii sănătoși din punct de vedere cognitiv: rezultatele studiului din Sao Paulo privind îmbătrânirea și sănătatea. AJNR Am. J. Neuroradiol. 30, 1850-1856. doi: 10.3174/ajnr.a1727

PubMed Abstract | Full Text | Google Scholar

Dale, A. M., Fischl, B., and Sereno, M. I. (1999). Analiza bazată pe suprafața corticală. I. Segmentarea și reconstrucția suprafeței. Neuroimage 9, 179-194. doi: 10.1006/nimg.1998.0395

PubMed Abstract | Refef Full Text | Google Scholar

DeCarli, C., Massaro, J., Harvey, D., Hald, J., Tullberg, M., Au, R., et al. (2005). Măsuri ale morfologiei creierului și infarctul în studiul Framingham heart study: stabilirea a ceea ce este normal. Neurobiol. Aging 26, 491-510. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2004.05.004

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Desikan, R. S., Segonne, F., Fischl, B., Quinn, B. T., Dickerson, B. C., Blacker, D., et al. (2006). Un sistem automat de etichetare pentru subdivizarea cortexului cerebral uman pe scanările RMN în regiuni de interes bazate pe giroscoape. Neuroimage 31, 968-980. doi: 10.1016/j.neuroimage.2006.01.021

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Esiri, M. M. (2007). Îmbătrânirea și creierul. J. Pathol. 211, 181-187. doi: 10.1002/path.2089

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Fischl, B. (2012). FreeSurfer. Neuroimage 62, 774-781. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.01.021

PubMed Abstract | Full CrossRef Full Text | Google Scholar

Fjell, A. M., McEvoy, L., Holland, D., Dale, A. M., și Walhovd, K. B. (2014). Ce este normal în îmbătrânirea normală? Efectele îmbătrânirii, ale amiloidului și ale bolii Alzheimer asupra cortexului cerebral și a hipocampusului. Prog. Neurobiol. 117, 20-40. doi: 10.1016/j.pneurobio.2014.02.004

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Fjell, A. M., Westlye, L. T., Amlien, I., Espeseth, T., Reinvang, I., Raz, N., et al. (2009). Consistența ridicată a subțierii corticale regionale în îmbătrânire în mai multe probe. Cereb. Cortex 19, 2001-2012. doi: 10.1093/cercor/bhn232

PubMed Abstract | Text integral | Google Scholar

Fotenos, A. F., Snyder, A. Z., Girton, L. E., Morris, J. C., și Buckner, R. L. (2005). Estimări normative ale declinului transversal și longitudinal al volumului creierului în îmbătrânire și AD. Neurology 64, 1032-1039. doi: 10.1212/01.wnl.0000154530.72969.11

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Foundas, A. L., Leonard, C. M., Gilmore, R., Fennell, E., și Heilman, K. M. (1994). Asimetria planum temporale și dominanța lingvistică. Neuropsychologia 32, 1225-1231. doi: 10.1016/0028-3932(94)90104-x

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Gogtay, N., Giedd, J. N., Lusk, L., Hayashi, K. M., Greenstein, D., Vaituzis, A. C., et al. (2004). Cartografierea dinamică a dezvoltării corticale umane în timpul copilăriei până la vârsta adultă timpurie. Proc. Natl. acad. Sci. U S A 101, 8174-8179. doi: 10.1073/pnas.040268010101

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Good, C. D., Johnsrude, I. S., Ashburner, J., Henson, R. N., Friston, K. J., și Frackowiak, R. S. (2001). Un studiu morfometric bazat pe voxeli al îmbătrânirii în 465 de creiere umane adulte normale. Neuroimage 14, 21-36. doi: 10.1006/nimg.2001.0786

PubMed Abstract | Full CrossRef Full Text | Google Scholar

Holland, S. K., Vannest, J., Mecoli, M., Jacola, L. M., Tillema, J. M., Karunanayaka, P. R., et al. (2007). RMN funcțional al lateralizării limbajului în timpul dezvoltării la copii. Int. J. Audiol. 46, 533-551. doi: 10.1080/14992020701448994

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Im, K., Lee, J. M., Seo, S. W., Hyung Kim, S., Kim, S. I., și Na, D. L. (2008). Modificări ale morfologiei sulcale și relația lor cu grosimea corticală și volumul materiei albe giroscopice în cazul tulburărilor cognitive ușoare și al bolii Alzheimer. Neuroimage 43, 103-113. doi: 10.1016/j.neuroimage.2008.07.016

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Jeong, S. K., and Xu, Y. (2016). Impactul atenției spațiale de sus în jos asupra lateralității și asimetriei hemisferice în cortexul parietal uman. J. Vis. 16:2. doi: 10.1167/16.10.2

PubMed Abstract | Textul integral | Google Scholar

Kochunov, P., Mangin, J. F., Coyle, T., Lancaster, J., Thompson, P., Riviere, D., et al. (2005). Tendințe morfologice legate de vârstă ale sulciunilor corticale. Hum. Brain Mapp. 26, 210-220. doi: 10.1002/hbm.20198

PubMed Abstract | Textul integral | Google Scholar

Kochunov, P., Rogers, W., Mangin, J. F., și Lancaster, J. (2012). O bibliotecă de instrumente de analiză a morfologiei corticale pentru studierea dezvoltării, îmbătrânirii și geneticii cortexului cerebral. Neuroinformatics 10, 81-96. doi: 10.1007/s12021-011-9127-9

PubMed Abstract | Refef Full Text | Google Scholar

Kochunov, P., Thompson, P. M., Coyle, T. R., Lancaster, J. L., Kochunov, V., Royall, D., et al. (2008). Relația dintre indicii neuroimagistici ai sănătății cerebrale în timpul îmbătrânirii normale. Hum. Brain Mapp. 29, 36-45. doi: 10.1002/hbm.20369

PubMed Abstract | Textul integral | Google Scholar

Kolb, B., și Whishaw, I. Q. (1998). Plasticitatea creierului și comportamentul. Annu. Rev. Psychol. 49, 43-64. doi: 10.1146/annurev.psych.49.1.43

PubMed Abstract | Full CrossRef Text | Google Scholar

Lamont, A. J., Mortby, M. E., Anstey, K. J., Sachdev, P. S., și Cherbuin, N. (2014). Utilizarea măsurilor sulcale și girale ale structurii creierului pentru a investiga beneficiile unui stil de viață activ. Neuroimage 91, 353-359. doi: 10.1016/j.neuroimage.2014.01.008

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Lemaitre, H., Goldman, A. L., Sambataro, F., Verchinski, B. A., Meyer-Lindenberg, A., Weinberger, D. R., et al. (2012). Modificări morfometrice cerebrale normale legate de vârstă: neuniformitate în grosimea corticală, suprafața și volumul materiei cenușii? Neurobiol. Aging 33, 617.e1-617.e9. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2010.07.013

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Liu, T., Sachdev, P. S., Lipnicki, D. M., Jiang, J., Cui, Y., Kochan, N. A., et al. (2013a). Modificări longitudinale ale morfologiei sulcale asociate cu îmbătrânirea la sfârșitul vieții și cu MCI. Neuroimage 74, 337-342. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.02.047

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Liu, T., Sachdev, P. S., Lipnicki, D. M., Jiang, J., Geng, G., Zhu, W., et al. (2013b). Relații limitate între modificările de doi ani ale morfologiei sulcale și alți indici neuroimagistici comuni la vârstnici. Neuroimage 83, 12-17. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.06.058

PubMed Abstract | Refef Full Text | Google Scholar

Liu, T., Wen, W., Zhu, W., Trollor, J., Reppermund, S., Crawford, J., et al. (2010). Efectele vârstei și ale sexului asupra sulciunilor corticale la vârstnici. Neuroimage 51, 19-27. doi: 10.1016/j.neuroimage.2010.02.016

PubMed Abstract |Ref Full Text | Google Scholar

Luders, E., Narr, K. L., Thompson, P. M., Rex, D. E., Jancke, L., Steinmetz, H., et al. (2004). Diferențe de gen în complexitatea corticală. Nat. Neurosci. 7, 799-800. doi: 10.1038/nn1277

PubMed Abstract |Ref Full Text | Google Scholar

Mangin, J. F., Poupon, F., Duchesnay, E., Riviere, D., Cachia, A., Collins, D. L., et al. (2004a). Morfometrie cerebrală folosind invarianți de moment 3D. Med. Image Anal. 8, 187-196. doi: 10.1016/j.media.2004.06.016

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Mangin, J.-F., Rivière, D., Cachia, A., Duchesnay, E., Cointepas, Y., Papadopoulos-Orfanos, D., et al. (2004b). Un cadru pentru studierea modelelor de pliere corticală. Neuroimage 23, S129-S138. doi: 10.1016/j.neuroimage.2004.07.019

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Murphy, D. G., DeCarli, C., McIntosh, A. R., Daly, E., Mentis, M. J., Pietrini, P., et al. (1996). Diferențe de sex în morfometria și metabolismul creierului uman: un studiu cantitativ in vivo de imagistică prin rezonanță magnetică și tomografie cu emisie de pozitroni privind efectul îmbătrânirii. Arch. Gen. Psychiatry 53, 585-594. doi: 10.1001/archpsyc.1996.01830070031007

PubMed Abstract | Cross Full Text | Google Scholar

Raz, N., și Rodrigue, K. M. (2006). Îmbătrânirea diferențială a creierului: modele, corelații cognitive și modificatori. Neurosci. Biobehav. Rev. 30, 730-748. doi: 10.1016/j.neubiorev.2006.07.001

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Resnick, S. M., Pham, D. L., Kraut, M. A., Zonderman, A. B., și Davatzikos, C. (2003). Studii longitudinale de imagistică prin rezonanță magnetică la adulții în vârstă: un creier în scădere. J. Neurosci. 23, 3295-3301. doi: 10.1523/jneurosci.23-08-03295.2003

PubMed Abstract | Refef Full Text | Google Scholar

Rettmann, M. E., Kraut, M. A., Prince, J. L., și Resnick, S. M. (2006). Analize transversale și longitudinale ale modificărilor anatomice sulcale asociate cu îmbătrânirea. Cereb. Cortex 16, 1584-1594. doi: 10.1093/cercor/bhj095

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Shokouhi, M., Barnes, A., Suckling, J., Moorhead, T. W., Brennan, D., Job, D., et al. (2011). Evaluarea impactului factorilor legați de scaner asupra analizei morfometriei creierului cu brainvisa. BMC Med. Imaging 11:23. doi: 10.1186/1471-2342-11-23

PubMed Abstract | Text integral | Google Scholar

Smith, C. D., Chebrolu, H., Wekstein, D. R., Schmitt, F. A., și Markesbery, W. R. (2007). Efectele vârstei și ale sexului asupra anatomiei creierului uman: un studiu morfometric bazat pe voxel la vârstnici sănătoși. Neurobiol. Aging 28, 1075-1087. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2006.05.018

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Vannest, J., Karunanayaka, P. R., Schmithorst, V. J., Szaflarski, J. P., și Holland, S. K. (2009). Rețele de limbaj la copii: dovezi din studiile IRM funcționale. AJR Am. J. Roentgenol. 192, 1190-1196. doi: 10.2214/ajr.08.2246

PubMed Abstract | Full CrossRef Full Text | Google Scholar

Wu, R., Lang, Z., Du, C., Xu, X., Li, S. și Tan, F. (1996). Corelația dintre edemul cerebral pe CT-scan și modificările structurii fine la pacienții cu tumori intracraniene. Chin. Med. J. 109, 327-328.

PubMed Abstract | Google Scholar

.

Xu, J., Kobayashi, S., Yamaguchi, S., Iijima, K., Okada, K., și Yamashita, K. (2000). Efectele de gen asupra schimbărilor legate de vârstă în structura creierului. AJNR Am. J. Neuroradiol. 21, 112-118.

PubMed Abstract | Google Scholar

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.