脑老化异质性的认知神经机制：基于静息功能磁共振成像的研究

This study used resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) technique to investigate the cognitive neural mechanism of heterogeneity in aging. By examining and comparing the dynamic features of resting-state activity including regional time-frequency characteristics, functional connectivity networks, and whole brain connectivity network in successful aging (SA), usual aging (UA) and mild cognitive impairment (MCI), we intend to identify the key brain regions, functional networks, nodes and connective paths that are associated with the heterogeneity of aging, and thus to reveal the neural basis of heterogeneity in cognitive aging in the resting-state brain activity level. In addition, we are interested in establishing the methods that could quantify the levels of brain aging using these imaging markers. The study of the neural mechanism of heterogeneity in aging will promote the further understanding of the process of aging, especially the understanding of the relations between brain aging effects and cognitive aging effects, and also provide scientific basis for the objective assessment of brain aging levels and even the objective evaluations of brain function improvement after cognitive or behavioral interventions for the older people.

本项目基于静息功能磁共振成像技术，以成功老化、常态老化和轻度认知损伤为研究对象，研究脑老化异质性的认知神经机制。通过对静息条件下大脑局部活动时频特征、功能连接网络以及全脑连接网络三个层面的探索式分析，识别标志脑老化异质性的关键脑区、关键网络、关键节点和连接路径等影像学标记，在静息脑活动水平系统揭示脑老化异质性的神经基础；同时，建立可运用这些来自不同层面的影像学标记物量化脑功能老化水平的方法。本项目将通过开展老化异质性的脑机制研究促进对脑老化过程特别是脑老化效应和认知老化效应之间联系的理解，同时也为脑功能老化程度的评估以及认知或行为干预后脑功能改善效果的评价等提供科学依据。

本项目基于静息功能磁共振成像技术和神经影像计算方法对认知老化异质性的脑机制进行了研究。主要研究结果包括：1）基于全脑功能连接的探索研究发现认知老化的异质性与脑功能连接老化的异质性存在重要联系，特别是大脑额顶叶网络和默认网络等高级认知网络、海马和杏仁核等皮层下结构核团以及小脑等关键区域的长距离、网络间连接的异质性。2）基于组间差异的进一步研究发现，痴呆（AD）风险（包括轻度认知损伤MCI和APOE4基因携带者）老人大脑默认网络、执行控制网络等网络内功能连接较正常老化组表现异常，提示未来向AD转化的影像学特征；但网络间连接的保持可能是维系其认知功能的关键机制。另外抑郁风险（亚临床抑郁SD）老人在前额叶、前扣带回及海马等区域脑功能指标表现异常，提示亚临床抑郁存在“皮层-边缘叶-皮层下结构”环路异常。3）“脑-认知”的关联计算发现海马的自发活动与情节记忆存在重要关系，楔前叶的神经效率预测个体执行言语流畅性任务时的表现，这些可能是标记痴呆风险的重要影像学特征。4）基于自发活动幅度、局部一致性以及默认网络连接等计算指标的研究发现老年人的脑功能具有高度可塑性，这种可塑性是使得老年人可通过积极的认知活动、体育锻炼和社会活动来抵抗年龄相关的脑功能衰退、维护大脑健康进而实现成功老化的一个重要因素。本项目已资助发表研究论文10篇，其中SCI系列论文8篇。本项目研究促进了对脑老化机理特别是脑老化效应和认知老化效应之间联系的理解，同时关于脑功能可塑性的证据为今后干预应用研究提供了重要科学依据。