Associazioni tra capacità delle funzioni esecutive, acqua libera e microstruttura della sostanza bianca nella prima età avanzata, parte 1

ASTRATTO

Sfondo:

Gli studi hanno studiato la microstruttura della sostanza bianca sui disturbi cognitivi in ​​età avanzata, con misure di anisotropia frazionaria (FA) e diffusività media (MD) pensate per catturare la demielinizzazione e la degradazione assonale.

Il deterioramento cognitivo in tarda età è un sintomo in cui la memoria delle persone diminuisce gradualmente e la loro capacità di pensiero diventa lenta con l'avanzare dell'età. Sebbene questo sia un fenomeno comune tra gli anziani, il deterioramento cognitivo è molto meno comune tra le persone che sono brave a mantenere un atteggiamento positivo.

Vari studi hanno scoperto che il mantenimento della salute fisica e mentale è molto utile per prevenire e alleviare il deterioramento cognitivo in età avanzata. Nello specifico sono molto importanti i seguenti punti:

Innanzitutto, mantieniti in salute. L’attività fisica e l’esercizio fisico non solo possono far funzionare il corpo in modo più sano, ma, cosa ancora più importante, hanno un grande effetto protettivo sulle capacità cognitive del cervello. Pertanto, l’esercizio fisico e l’attività fisica moderati possono aiutare le persone a mantenere la lucidità mentale e la salute fisica negli anni successivi e a prevenire il deterioramento cognitivo prima che si verifichi.

In secondo luogo, adottare un atteggiamento positivo. Lamentele e pensieri negativi indubbiamente danneggiano la salute fisica e mentale. Al contrario, un atteggiamento positivo e ottimismo possono ridurre significativamente il rischio di deterioramento cognitivo. Pertanto, si raccomanda che le persone in età avanzata partecipino ad attività più sociali per mantenere attivo il pensiero e possano anche apprendere alcune nuove abilità per migliorare il loro livello cognitivo, come la lingua, la musica, ecc.

In terzo luogo, la dieta deve essere sana. Per gli anziani anche l’alimentazione dietetica è estremamente importante. Concentrarsi su una dieta a basso contenuto di grassi, a basso contenuto di zuccheri, a basso contenuto di sale e ad alto contenuto proteico e consumare una dieta che contenga sia frutta, verdura che cereali integrali può proteggere la salute del corpo e del cervello e ridurre il danno alle capacità cognitive causato per malattia.

Infine, dobbiamo chiarire che il deterioramento cognitivo in età avanzata è una malattia che può essere prevenuta attraverso il cambiamento e l’autogestione. Attraverso i metodi di cui sopra e gli adattamenti della vita, le persone in età avanzata possono ottenere più felicità dalla vita e ridurre il rischio di deterioramento cognitivo. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia della carne macinata deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acidi, polisaccaridi, flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello in vari modi.

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Tuttavia, nuovi metodi di post-elaborazione consentono l’isolamento dell’acqua libera (FW), che cattura i contributi di fluidi extracellulari come l’atrofia e la neuroinfiammazione, dai componenti dei tessuti.

Il FW sembra anche essere molto rilevante per il deterioramento cognitivo in età avanzata. Qui, abbiamo valutato se le funzioni esecutive sono associate a FW e FA e MD corretti per FW (FAFWcorr e MDFWcorr).

Metodo:

Abbiamo esaminato 489 uomini non dementi nel Vietnam Era Twin Study of Aging (VETSA) ad un'età media di 68 anni. Due fattori latenti che catturano la "funzione esecutiva comune" e i processi "specifici della memoria di lavoro" sono stati stimati sulla base di 6 compiti.

Le analisi si sono concentrate su 11 tratti di sostanza bianca corticale attraverso tre parametri: FW, FAFWcorr e MDFWcorr.

Risultati:

Una migliore "funzione esecutiva comune" è stata associata a un FW inferiore in 9 degli 11 tratti. Non sono state riscontrate associazioni significative con i parametri intracellulari dopo la correzione del tasso di false scoperte. Gli effetti sono apparsi guidati anche da individui con MCI (13,7% del campione).

I compiti specifici della memoria di lavoro hanno mostrato alcune associazioni con FAFWcorr, inclusa la porzione triangolare del giro frontale inferiore. Non c'erano prove che la riserva cognitiva (cioè l'abilità cognitiva generale valutata nella prima età adulta) moderasse queste associazioni tra funzione esecutiva e FW o FA.

Discussione:

Le capacità delle funzioni esecutive nella prima età avanzata sono associate principalmente al fluido extracellulare (FW) in contrapposizione alla sostanza bianca (FAFWcorr o MDFWcorr). Le analisi di moderazione hanno suggerito che la riserva cognitiva non gioca un ruolo importante in queste associazioni, almeno in questo campione di uomini non dementi.

1. Introduzione

Le funzioni esecutive (EF) sono capacità di controllo cognitivo che regolano il pensiero e l'azione (Friedman e Miyake, 2017; Miyake e Friedman, 2012). Le EF sono alcune delle prime capacità cognitive a diminuire con l'invecchiamento, con un assottigliamento corticale che si verifica nelle regioni cerebrali associate (Bakkour, Morris, Wolk e Dickerson, 2013; Buckner, 2004; Fjell et al., 2009; Huizinga, Dolan, & van der Molen, 2006).

I deficit di EF sono prominenti anche nelle fasi iniziali della malattia di Alzheimer e del deterioramento cognitivo lieve (MCI; Baudic et al., 2006; Junquera et al., 2020; Kirova, Bays e Lagalwar, 2015; Ramanan et al., 2017), rendendo il loro studio è di fondamentale importanza per quanto riguarda l’invecchiamento cognitivo. Tuttavia, la natura sfaccettata delle EF ha ostacolato la nostra comprensione delle loro associazioni con la struttura del cervello.

L'obiettivo di questo studio era di far luce sui substrati neurali della FE nella prima età avanzata (età media 68 anni) esaminando le associazioni con la microstruttura della sostanza bianca e tenendo conto anche dell'acqua libera (FW), fluido extracellulare che può essere isolato dai commenti dei tessuti in misure di frazione frazionaria. anisotropia (FA) e diffusività media (MD) utilizzando tecniche di post-elaborazione (Pasternak et al., 2009).

Inoltre, per approfondire la nostra comprensione del possibile ruolo della riserva cognitiva in queste associazioni, abbiamo valutato se queste associazioni sono moderate dalla capacità cognitiva generale misurata in giovane età adulta (età media 20 anni).

2. Inquadramento della funzione esecutiva

Gli EF catturano un insieme eterogeneo di processi, con misure che tipicamente includono test di inibizione della risposta prepotente, aggiornamento della memoria di lavoro e/o spostamento del set di compiti (Miyake e Friedman, 2012; Miyakeet al., 2000).

Questi processi EF sono da moderati ad altamente correlati tra loro, soprattutto a livello di costrutto latente (Friedmanet al., 2008; Gustavson et al., 2018b; Miyake et al., 2000; Vaughan &Giovanello, 2010).

Un modello molto influente – il modello unità/diversità – ha evidenziato questa varianza comune tra più sottodomini EF e la modella come un fattore latente "EF comune" (Friedmanet al., 2008; Gustavson et al., 2018b; Miyake e Friedman, 2012 ).

La varianza generale riflessa nell'EF comune rappresenta le capacità di gestione degli obiettivi necessarie per avviare un compito e perseguire azioni mirate a fronte di altre distrazioni (Friedman e Miyake, 2017; Miyake e Friedman, 2012), e questo modello ha dimostrato una buona adattabilità in una gamma di campioni nel corso della vita (Engelhardt et al., 2015; Freis et al.,2021; Friedman et al., 2016; Gustavson et al., 2018a).

A seconda della disponibilità dei dati, altri fattori sono adatti a catturare la varianza specifica di un sottodominio EF e non degli altri (ad esempio, varianza specifica della memoria di lavoro).

La varianza specifica della memoria di lavoro è di particolare interesse perché è stato proposto riflettere il gating nei gangli della base (Friedman e Miyake, 2017), ma è anche fortemente geneticamente correlata con l'intelligenza (Friedman et al., 2008; Gustavsonet al., 2022a), suggerendo che i suoi correlati neurali potrebbero essere distribuiti in tutto il cervello.

Nel campione Vietnam Era Twin Study of Aging (VETSA) qui analizzato, il nostro modello di EF include fattori EF comuni e fattori specifici della memoria di lavoro, che dimostrano entrambi una forte stabilità durante la mezza età (Gustavson et al., 2018a).

Il declino longitudinale del fattore EF comune nelle prime tre ondate di VETSA (età media da 56 a 68 anni) è anche associato a punteggi di rischio genetico della malattia di Alzheimer più elevati (Gustavson et al., 2022b) e a un maggiore declino cognitivo soggettivo auto-riferito nella stessa finestra (Gustavson et al., 2022b) al., 2021).

Questi risultati sottolineano l’importanza di studiare i correlati neurali della FE durante la transizione dalla tarda mezza età alla prima età avanzata.

3. Misurazione della microstruttura della sostanza bianca

Le metriche più comuni per valutare la microstruttura della sostanza bianca negli studi sull'invecchiamento cognitivo sono FA e MD.

FA quantifica la diffusione direzionale all'interno di un dato voxel (con FA più alto corrispondente a una direzionalità più forte) e si ritiene rappresenti la densità e la coerenza delle regioni della sostanza bianca.

MD rappresenta la diffusività media delle molecole d'acqua all'interno di un voxel indipendentemente dalla direzione e può riflettere una riduzione del neuropilo o un aumento del liquido cerebrospinale (Alexander, Lee, Lazar e Field, 2007; Clark et al., 2011; Selemon & Goldman-Rakic ,1999). Tipicamente, una migliore funzione cognitiva è associata a FA più alti e MD più bassi (Bennett e Madden, 2014; Charlton et al., 2006; Mabbott et al., 2006).

Le tendenze legate all’età indicano che l’AF aumenta nella prima età adulta prima di diminuire nel resto della vita (Westlye et al., 2010) mentre la MD mostra il modello opposto (diminuisce nella prima età adulta prima di aumentare più avanti nella vita).

Pertanto, si ritiene che la riduzione dell'AF nelle popolazioni anziane sia associata alla degradazione assonale e alla demielinizzazione (Beaulieu, 2002) e al declino cognitivo nell'invecchiamento normale e nell'AD (Bozzali et al., 2012; Cremerset al., 2016; Kennedy e Raz, 2009; Mielke et al., 2012).

Al contrario, l'aumento della MD nel normale invecchiamento e nell'AD può riflettere una riduzione dell'aumento del neuropilo nel liquido cerebrospinale (Alexander et al., 2007; Clark et al.,2011; Selemon & Goldman-Rakic, 1999).

È importante sottolineare che nuove tecniche di post-elaborazione consentono ora l'isolamento del fluido extracellulare (FW) dai componenti tissutali della microstruttura della materia bianca (Pasternak et al., 2009).

Tali misure producono misure FA e MD corrette per FW e quindi focalizzate sulla diffusione intracellulare (di seguito, FAFWcorr e MDFWcorr). Oltre a ciò, il FW può essere utile in quanto è associato a valutazioni cognitive oggettive e cambiamento cognitivo (Archer et al., 2020), declino cognitivo autopercepito (Archer et al., 2021) ed è elevato in MCI e AD (Maier-Hein et al.,2015) anche dopo aver corretto le iperintensità della sostanza bianca (Dumontet al., 2019).

Inoltre, tali misure cognitive non sembrano associate alle misure FAFWcorr e MDFWcorr (Archer et al., 2020), aumentando così la possibilità che i risultati precedenti per FA e MD possano essere stati guidati da FW. Si ritiene che le misure del FW rappresentino una combinazione di FW nello spazio extracellulare e contaminazione del FW da parte del fluido cerebrospinale nei voxel adiacenti.

Un aumento del FW può anche indicare neuroinfiammazione, atrofia o rottura delle membrane cellulari della mielina (Dumont et al., 2019; Gullett et al., 2020; Pasternak, Shenton e Westin, 2012). Pertanto, il loro studio continuo sulle capacità cognitive durante la mezza età e la prima età avanzata aiuterà a far luce sui cambiamenti neurocognitivi e sul rischio di AD.

4. Funzione esecutiva e microstruttura della sostanza bianca

In uno dei pochi studi su adulti più giovani che hanno esaminato la microstruttura della materia bianca utilizzando un fattore EF comune, le differenze individuali nell'EF comune erano associate a una maggiore FA nel fascicolo longitudinale superiore destro (SLF). Hanno lasciato la radiazione talamica anteriore (Smolker, Friedman, Hewitt e Banich, 2018). La specificità dell'aggiornamento della memoria di lavoro non era associata alle misurazioni della microstruttura della sostanza bianca e l'abilità specifica dello spostamento era associata alla MD in tutto il cervello. Tuttavia, come notato sopra, non è chiaro se i risultati delle misure FA e MD in questo lavoro precedente possano essere guidati da FW.

Gli studi su campioni di adulti più anziani che hanno esaminato le associazioni tra EF e FW avevano proporzioni relativamente elevate di individui con MCI o demenza e si concentravano su punteggi compositi EF che facevano luce su aspetti comuni ma non specifici di EF (Archer et al., 2020; Ji et al. ,2017; Maillard et al., 2019).

Ad esempio, in uno studio su 319 adulti più anziani (M=72–73 anni; 49% MCI), la FE è stata associata a FW inferiore in molteplici tratti di sostanza bianca corticale tra cui il fornice, il fascicolo longitudinale inferiore, il nastro, il fascicolo uncinato, & fascio di cingulum, ma non associato a FAFWcorr in questi stessi tratti (Archer et al.,2020).

Another study (M = 78 years; >50% MCI o demenza) hanno dimostrato che i livelli basali di FW globale erano associati a cambiamenti trasversali e longitudinali nella FE e nella memoria episodica, ma che FAFWcorr e MDFWcorr non erano associati alla FE o alla memoria (Maillard et al., 2019).

Infine, nei pazienti con AD, la FW era associata ad EF in quasi tutte le regioni della sostanza bianca, così come ad una FA inferiore nelle fibre bilaterali frontali, parietali e occipitali (Ji et al., 2017).

Questi risultati evidenziano l'importanza di modellare direttamente gli studi FW sulla FE poiché la FE comune può essere associata principalmente al fluido extracellulare (cioè FW) piuttosto che alla microstruttura della sostanza bianca intracellulare (cioè FA e MD), con associazioni con FA osservate solo in pazienti con demenza.

Le misure di diffusione extracellulare potrebbero essere più sensibili alle sottili differenze nell'integrità strutturale rispetto alle misure intracellulari, pertanto la FW rappresenta una misura particolarmente rilevante per valutare la salute del cervello nella prima età avanzata.

Inoltre, poiché gli studi si sono concentrati su misure composite, non hanno esaminato se queste associazioni con FW siano osservate per CommonEF rispetto ad altri componenti specifici dell'EF (ad esempio, specifici della memoria di lavoro).

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