Связь объема мозжечка и когнитивных функций при болезни Альцгеймера: исследование

Введение в проблему исследования

Болезнь Альцгеймера (БА) является распространенным нейродегенеративным заболеванием головного мозга, характеризующимся прогрессирующими структурными и функциональными изменениями в мозге. Центральное место в патологии БА занимает накопление амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков, которые постепенно повреждают нейроны, аксоны и синапсы. Этот процесс нейродегенерации приводит к значительной атрофии в таких областях, как гиппокамп, задняя поясная кора и предклинье.

Клинически эти изменения отражаются в спектре когнитивных нарушений, включая расстройства памяти, языка, ориентации и внимания, а также изменения настроения, поведения и личности. Интересно, что картина атрофии мозга при БА отражает паттерны связности, наблюдаемые у здоровых людей, особенно в сети пассивного режима работы мозга (Default Mode Network, DMN). Эта сеть обычно показывает сниженную активность во время задач, требующих внимания, но увеличивается во время сложных когнитивных действий, связанных с памятью или абстрактным мышлением. Это предполагает связь между патологией БА и предсуществующей архитектурой мозга.

Роль мозжечка в когнитивных функциях

Мозжечек традиционно считался незатронутым нейродегенерацией при БА. Однако недавние исследования показывают, что он претерпевает патологические изменения, аналогичные изменениям в коре головного мозга. Помимо своей роли в моторном контроле, мозжечок все больше признается за его вовлеченность в немоторные функции, такие как познание и сон. Эти немоторные функции — такие как исполнительный контроль, социально-лингвистические процессы и рабочая память — считаются организованными в трехчастное пространственное представление внутри заднего мозжечка.

Бакнер и его коллеги первыми идентифицировали эту организацию, используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) в состоянии покоя, продемонстрировав, что функциональные сети мозжечка отражают иерархии коры головного мозга. Они наблюдали, что моторные регионы были локализованы в дольках I–VI/VIII, в то время как сети высшего когнитивного и аффективного порядка, такие как DMN, были обнаружены в Crus I/II и дольке IX.

Особенно примечательна долька VII, в частности Crus I/II, которая представляет значительный интерес из-за своих функциональных связей с ключевыми узлами DMN, такими как задняя поясная кора и медиальная префронтальная кора. Эти регионы crucial для эпизодической памяти, в значительной степени через их взаимодействия с гиппокампом.

Методология исследования

Дизайн исследования и участники

Это ретроспективное исследование использовало данные, полученные из рутинной клинической помощи в памятищей клинике BruBRAIN. Из-за ретроспективного характера исследования Этический комитет Свободного университета Брюсселя (VUB)/Университетской больницы Брюсселя отказался от необходимости получения информированного согласия.

Мы отобрали подмножество большего набора данных, который включал демографические, медицинские, нейропсихологические параметры и параметры МРТ от пациентов, которые посещали консультации по памяти в UZ Brussel в период с 2020 по 2022 год. Этот больший набор данных, который включал 570 пациентов, охватывал различные основные причины нарушения памяти. Из этого набора данных мы специально отобрали три категории пациентов на основе их диагноза: 48 с субъективным когнитивным снижением (СКС), 24 с умеренными когнитивными нарушениями (УКН) due to БА и 59 с деменцией альцгеймеровского типа (ДАТ) (Всего N = 131). После удаления выбросов в анализе осталось 46 пациентов с СКС, 24 с УКН due to БА и 57 с ДАТ (всего N = 127).

Группа СКС служила контрольной группой, и минимальный возраст для включения в исследование составлял 45 лет. Все диагнозы (СКС, УКН и ДАТ) были поставлены опытными неврогами в соответствии с процедурами, изложенными Nous et al. и в соответствии с руководящими принципами Национального института по проблемам старения и Ассоциации болезни Альцгеймера (NIAAA).

Нейропсихологическая оценка

Все участники прошли комплексное нейропсихологическое обследование, проведенное в рамках диагностического процесса. При наличии разнообразного спектра нейропсихологических тестов наш выбор состоял из стандартизированной краткой шкалы оценки психического статуса (sMMSE) и Кембриджского когнитивного экзамена - пересмотренного (ACER). Выбор sMMSE и ACER был основан на их хорошо установленной достоверности, валидности и широком применении в когнитивной оценке.

Стандартизированная (голландская) версия MMSE, разработанная Коком и Верхеем (2002), представляет собой культурно и лингвистически адаптированную версию оригинального MMSE для использования в голландскоязычных популяциях, повышая ее валидность и надежность. MMSE, от которого произошел sMMSE, является инструментом когнитивного скрининга, который охватывает фундаментальные когнитивные области, такие как ориентация, регистрация, внимание, вычисления, recall, язык и зрительно-пространственные способности.

Нейровизуализация и анализ объемов мозжечка

Сканирование головного мозга с помощью МРТ было получено с использованием четырех различных систем МРТ (Philips Ingenia 3T, Philips achieva 1.5T, Siemens Skyra 3T и Siemens Vida 3T) с гармонизированными параметрами сканирования. Параметры сканирования были основаны на существующих рутинных клинических сканах для БА в нашем учреждении, в первую очередь тех, которые получены на сканере Philips 3T, и были скорректированы across различных систем МРТ, чтобы обеспечить максимально возможную согласованность.

Каждое сканирование МРТ обрабатывалось с использованием автоматизированного программного обеспечения для volumetry мозга Icobrain dm (v. 5.10.2), медицинского устройства с маркировкой CE и разрешением FDA, которое предоставляет детальный анализ глобальных, корковых и подкорковых структур объема мозга. Для этого исследования сегментации мозжечка из Icobrain dm были объединены с подходом на основе атласа для получения более тонкой анатомической парцелляции мозжечка.

Результаты исследования

Характеристики выборки

Анализы выявили значительную разницу в возрасте, уровне образования и когнитивном функционировании между диагностическими группами. Мы обнаружили возрастной градиент среди трех диагностических групп: пациенты с СКС в целом были моложе пациентов с УКН и ДАТ. Однако мы не обнаружили значительной разницы в возрасте между группами УКН и ДАТ.

Что касается уровня образования, лица с деменцией с большей вероятностью имели более низкие уровни образования по сравнению с теми, у кого был СКС. В частности, 60% группы СКС имели высшее образование, в то время как 73% группы деменции имели более низкие уровни образования. Кроме того, были значительные различия в стандартизированных показателях sMMSE и ACER среди трех групп. Значимых различий в распределении по полу или поведении, связанном со злоупотреблением алкоголем, не наблюдалось.

Различия в объеме мозжечка across диагностических категорий

На основе результатов однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) были observed значительные различия among 14 регионов мозжечка с размерами эффекта от small до moderate, особенно между группами СКС и ДАТ. Группа деменции в целом демонстрировала lower объемы по сравнению с группой СКС. Кроме того, значительные различия были observed в левой и правой дольке X между группами СКС и УКН, причем обе дольки показали significantly lower объемы в группе УКН по сравнению с группой СКС.

Значимых различий в объеме белого вещества всего мозжечка не наблюдалось. Кроме того, не было found значительных различий в объемах серого вещества следующих задних долек: Left VI, Vermis VI, Right VI, Left Crus I, Right Crus I, Vermis Crus II, Right Crus II, Vermis VIIb, Vermis VIIa, Vermis VIIIb, Left IC, Vermis IX, Right IX, Vermis X, а также всех передних регионов.

Связь между объемом мозжечка и когнитивной производительностью

Анализ частичной корреляции (двусторонний), с поправкой на временной интервал между сканированиями МРТ и нейропсихологическим тестированием, был выполнен для изучения взаимосвязи между показателями тестов sMMSE и ACER и регионами мозжечка, проявляющими значительные различия в объеме.

В группе УКН показатели sMMSE показали значительные положительные корреляции с объемом серого вещества, задним мозжечком, левым мозжечком и правым мозжечком. Кроме того, положительные корреляции были found с whole мозжечком и левым Crus II, тогда как these ассоциации не присутствовали в группе ДАТ. Напротив, в группе ДАТ показатели sMMSE коррелировали положительно с объемом серого вещества, задним мозжечком, левым мозжечком и правым мозжечком, similar to группе УКН.

Анализ частичной корреляции общих показателей ACER revealed значительную положительную ассоциацию с multiple объемами мозжечка исключительно в группе УКН. В contrast, в группе ДАТ только правый регион X показал значительную положительную корреляцию с показателями ACER.

Обсуждение результатов

Основываясь на существующей литературе, мы hypothesized, что лица с УКН и/или ДАТ будут exhibit значительные reductions в whole объеме мозжечка и сером веществе по сравнению с теми, у кого СКС. Мы specifically expected эти различия будут наиболее pronounced в задних, cognition-related дольках мозжечка, particularly в Crus I/II, и что эти volumetric изменения будут correlate с когнитивной производительностью across континууму БА.

В соответствии с нашими гипотезами, это исследование revealed клинически значимые различия в глобальных объемах мозжечка и серого вещества, с particularly pronounced reduction в заднем мозжечке especially между СКС и ДАТ. Более того, эти volumetric различия были found correlate с когнитивной производительностью, reinforcing клиническую relevance наших findings. Как и предполагалось, значительные reductions объема были found в (левом) Crus II. Дополнительно, reductions также были observed в bilateral VIIb, VIIIa, VIIIb и дольке X.

Клиническая значимость и перспективы

Отсутствие значительных различий между УКН и ДАТ согласуется с концепцией когнитивного резерва мозжечка (cerebellar cognitive reserve, CCR), которая предлагает, что сохраненный или функционально адаптируемый мозжечок может помочь буферизовать эффекты коркового damage. В этом контексте наши findings предполагают, что during ранних стадий нейродегенерации, particularly на стадии УКН, объемы мозжечка могут оставаться relatively сохраненными, potentially способствуя когнитивному резерву и обеспечивая устойчивость против когнитивного снижения, driven корковой патологией.

Факторы, такие как образование, могут усиливать CCR, способствуя структурной и функциональной пластичности within мозжечке. В этом исследовании уровень образования не appeared significantly влиять на объемы мозжечка, что согласуется с предыдущими исследованиями, suggesting, что факторы, такие как work-related активность или физические упражнения (которые не были включены в это исследование), могут иметь more direct impact на сохранение структуры мозжечка, чем образование.

Заключение

Это исследование reveals тонкие, но клинически значимые структурные изменения в мозжечке, associated с БА. Пациенты с ДАТ exhibited reduced объемы мозжечка по сравнению с теми, у кого СКС. Это reduction было наиболее pronounced в cognition-related дольках (crus II, VIIb, VIIIa, VIIIB и X). Атрофия мозжечка significantly correlated с когнитивной производительностью в континууме БА.

Примечательно, что затронутые дольки, implicated в когнитивных процессах и DMN, предполагают, что патология мозжечка может disrupt мозжечково-корковую связность, impairing память и познание и potentially driving дальнейшее когнитивное снижение. Это highlights мозжечок как potential мост к ключевым корковым регионам, involved в памяти и познании, positioning его как promising мишень для когнитивных, физических и неинвазивных стратегий нейромодуляции при БА.

Важно интерпретировать эти findings осторожно, поскольку мы должны признать определенные limitations. Во-первых, размер выборки группы УКН был relatively small, что могло повлиять на способность исследования detect smaller или more nuanced эффекты и likely способствовало wide доверительным интервалам around размеров эффекта. Кроме того, неравные размеры выборок across диагностических групп могли introduced potential bias, который может impact обобщаемость наших findings.