Объем мозга: О мозге — CogniFit («КогниФит»)
Человеческий мозг – только факты
Средние размеры человеческого мозга 20×20×15 см. У новорожденного он весит примерно 350 г. При хорошем развитии масса мозга молодой женщины составляет от 1200 до 1300 г, молодого мужчины – от 1300 до 1400 г. При этом данный орган состоит примерно из ста миллиардов нейронов, а также клеток, поддерживающих их работу.
В возрасте от двадцати до шестидесяти лет мы теряем примерно 1–3 г мозговой ткани ежегодно. После шестидесяти лет потери увеличиваются до 3–4 г. Чем старше мы становимся, тем быстрее теряем клетки мозга.
Масса мозга человека
Головной мозг, encephalon, располагается в полости черепной коробки и отделяется от внутренней поверхности черепа системой мозговых оболочек. Форма мозга и его линейные размеры соответствуют форме черепа. Головной мозг человека в среднем имеет следующие размеры: длина мозга (в переднезаднем сечении) — 160-175 мм; ширина (в поперечном сечении) — 135-145 мм; вертикальный размер (по высоте) — 105-125 мм.
Средняя масса головного мозга
Средняя масса мозга человека достигает 1300 г, с индивидуальными отклонениями в пределах нормы от 900 до 2000 г. Одаренность, умственные и творческие способности человека никак не связаны с размерами и массой мозга. Плотность головного мозга равна 1,038-1,041. Эти цифры позволяют вычислить массу мозга, исходя из объемов черепа.
Масса головного мозга имеет возрастные, половые и индивидуальные особенности. Масса головного мозга человека составляет 2,5% массы тела, в то время как масса головного мозга младенца — 10% массы тела (в среднем 450 г). От 28 до 50 лет масса и размеры головного мозга достигают максимальных значений и остаются постоянными для каждого человека. После 50 лет масса мозга постепенно уменьшается, примерно на 30 г каждые 10 лет. Масса мозга мужчин в среднем на 100-150 г больше, чем у женщин. Среднее значения массы мозга мужчин — 1380 г; женщин — 1240г.
Минимальная и максимальная масса мозга
Следует отметить минимальные и максимальные значения массы мозга человека, которые не отражаются на умственных способностях.
Минимальная масса мозга, которая не отражалась на социальном поведении человека — 900 г. Самый маленький мозг был ннайден у 46-летнего мужчины, он имел массу 680 г, и это не сказывалось на его социальном и психологическом статусах.
В 19 веке особый интерес представлял вопрос о минимальной массе мозга при различных формах патологии, когда больной еще может вести социальную жизнь. Исследования К. Фохта (1873) показали, что при объеме мозга 296-622 м3 люди, страдающие микроцефалией (болезнь, при которой у пациента наблюдается малый объем мозга), могли произносить слова и вести упрощенную социальную жизнь. В большинстве случаев это были пастухи и собиратели дров. Общее развитие микроцефалов соответствовало развитию 3-6 — летних детей, это может говорить о существовании порога массы мозга. Если мозг человека имеет массу меньше 750-800 г, то вероятнее всего полноценная жизнь в социуме становится невозможной.
Большая масса мозга — это следствие патологических процессов. Многочисленные исследования показывают, что максимальная масса мозга не превышает 2850 г.
Вероятнее всего, граница максимальной массы здорового головного мозга человека около 2200-2300 г. Наблюдение самого тяжелого здорового мога было выполнено в XIX веке. Мозг массой 2222 г был описан Рудольфи и принадлежал неизвестному обывателю.
Источник: Стивен Джуан «Странности нашего мозга»
«Небольшой вес мозга составляет племенную особенность украинцев»
150 лет назад, в 1861 году, в Геттингене немецкие анатомы учредили Антропологическое общество для изучения человеческих рас. А их российские последователи, как выяснил обозреватель «Власти» Евгений Жирнов, вскоре взялись за сравнение мозга, волосяного покрова и формы груди у русских и инородцев.
«Придуманы инструменты для определения размеров черепа»
Так уж повелось, что научные открытия зачастую используются совершенно не так, как предполагали их авторы. Анри Беккерель и супруги Кюри, открывшие радиоактивность, вряд ли предполагали, что атомную энергию начнут использовать не только в мирных, но и в военных целях.
И тем более что некоторым наиболее предприимчивым специалистам она пригодится и в личных целях, принося высокие звания, должности и сопутствующие им материальные блага.
Точно так же шведский естествоиспытатель Карл Линней вряд ли предполагал, во что может вылиться его «Система природы», опубликованная в 1735 году. Отнеся человека к отряду приматов класса млекопитающих, Линней только подвел итог работ по попыткам классифицировать людей, начавшихся столетием раньше, и не думал ни о каких отдаленных последствиях. О том, например, к чему могут привести исследования популяции человека теми же методами, которые используются в зоологии для изучения животных.
Уже в 1740 году француз Жорж Луи Леклерк де Бюффон в очередной том своей «Естественной истории животных» включил более подробное описание «человеческих пород» с учетом их географического распространения. А вслед за тем число ученых, занимающихся исследованием человека как биологического объекта, стало расти как на дрожжах.
Развитию нового направления способствовали продолжавшиеся открытия и завоевания новых заморских территорий, где европейцы обнаруживали все новых и новых аборигенов. А дополнительный интерес к исследованиям подогревался борьбой ученых, в спорах и дискуссиях пытавшихся создать классификацию человеческих рас.
Инструменты и методики расовых исследований, применявшиеся немецкими фашистами в XX веке, разработали французские гуманисты XIX века
Фото: Ullshtein\VOSTOCK-PhotoВ начале XIX века стали появляться целые объединения исследователей Homo sapiens, первым из которых стало парижское Общество наблюдателей человека, просуществовавшее, правда, совсем недолго. Но уже в 1830-1840-х годах в Лондоне, Париже и Нью-Йорке появились Общества этнологии, члены которых пытались классифицировать расы, исходя, правда, не из биологических различий, а по сходству языков, верований и обычаев.
Тогда же появились первые варианты деления рас на высшие и низшие.
Создание обществ именно в Великобритании, Франции и Соединенных Штатах никто не счел случайностью. В первых двух сохранение имеющихся колоний и приобретение новых стали объяснять заботой о низших расах, не способных цивилизованно управлять своими территориями. А американские исследователи упорно причисляли к низшим расам, нуждающимся в контроле высших, африканские племена и, соответственно, привезенных в Соединенные Штаты негров-рабов.
Однако в век технического прогресса умозрительные рассуждения о никому не известных языках и обычаях вскоре перестали убеждать широкую публику, и французские специалисты по расам в конце 1850-х годов вернулись к биологии. Основой для новых исследований стали работы парижского врача и анатома Поля Пьера Брока, который с начала десятилетия увлеченно эксгумировал останки на старом кладбище и построил систему измерения и классификации скелетов и черепов.
В 1859 году Брока создал в Париже общество антропологов, которое быстро привлекло к себе внимание.
«Брока,— писал видный русский антрополог Дмитрий Николаевич Анучин,— были выработаны детальные инструкции для антропологических наблюдений, составлены антропометрические схемы, придуманы инструменты и шкалы для определения размеров тела и черепа, цвета волос и кожи и т. д. Живая деятельность молодого Общества, поставившего на очередь многие вопросы, касающиеся постоянства или изменения признаков рас, их смешения, акклиматизации, детального изучения форм тела, древности человека и т. д., возбудила интерес к себе и за пределами Франции».
Пример оказался наиболее заразительным для вечных соперников французов — немцев.
«В 1861 г.,— писал Анучин,— в Геттингене состоялся съезд нескольких немецких анатомов, интересовавшихся антропологическими вопросами, на котором было признано желательным выработать однообразную схему наблюдений, основать специальный орган антропологии, а также Общество, которое бы раз в год устраивало съезды антропологов».
Антропологи сочли самой типичной чертой русских их абсолютную нетипичность
В последующие годы антропологические общества появлялись одно за другим в тех странах, где ощущался интерес власти и общества к учению о расах.
К примеру, в колониальных империях и государствах, где мечтали о колониях. А также в недавно возникших странах, таких как Италия, где существовала проблема национальной самоидентификации. Антропологией заинтересовались и в многонациональной Австрийской империи, где главенствующая нация нуждалась в подтверждении своего права на господство над остальными.
Россия, как и во многих других вопросах, в антропологических делах шла по следам Германии. Сначала наблюдался лишь интерес отдельных исследователей к ставшему модным направлению в естествознании. Но вскоре после того, как германские правители осознали пропагандистскую силу расовых идей и начали всерьез поддерживать антропологию, в Российской империи началось, пусть и не слишком активное, поощрение аналогичных изысканий. Ведь продолжалась колонизация территорий на юге и востоке, да и в условиях начавшейся либерализации русской жизни было полезно обзавестись современным научным объяснением того, почему в империи некоторые инородцы, прежде всего евреи, ущемлены в правах.
«Изучение человеческих разновидностей»
В преддверии выставки Дмитрий Анучин в газете «Русские ведомости» убеждал соотечественников, для которых сама мысль о человеке как предмете зоологических исследований казалась кощунственной:
«Без большой практики и специального изучения весьма трудно различать отдельные породы лошадей, овец, крупного рогатого скота, свиней, собак, судить о большей или меньшей степени чистоты и смешении этих пород. С подобным же затруднением мы встречаемся и при изучении человеческих разновидностей, и если считается понятным и естественным, что изучение, например, пород лошадей может составить предмет особой отрасли знания, «гиппологии», то тем более мы имеем оснований признать рациональным обособление в отдельную науку изучения пород человечества.
Анучин указывал и на то, что подробные знания о человечестве нужнее всего самому человечеству. Но на деле исследования приносили мизерный научный и практически нулевой политический результат.
Значительные усилия по сбору сведений о среднем росте новобранцев русской армии показали, насколько незначителен этот рост по современным представлениям
Фото: РГАКФД/Росинформ, Коммерсантъ
Первые попытки практического использования антропологии были связаны с физиономикой — наукой о распознании характера человека по его внешности.
Однако идея связать ее с антропологией в России ни к чему не привела. Российские физиономисты с горечью констатировали правоту известного русского этнографа и писателя Сергея Васильевича Максимова:
«Великорусское племя отличается именно тем, что в нем трудно находить одно лицо, похожее на другое, что сплошь и рядом встречаем мы не только у бродячих северных инородцев и у кочевых степняков, но и у южных горцев, а в особенности у закавказских и русских армян. Даже на самой маленькой ярмарке, на небольшом базаре, всякий желающий без труда может убедить себя в том, что ничего нет труднее, как найти такие черты, которые можно было бы почитать общими, и определить и выяснить для себя такой закон, который удобно было бы применить для распознания племенных отличий великорусов… Едва ли только не говор один до сих пор может почитаться в числе общих особых примет».
Профессор Московского университета Анатолий Петрович Богданов попытался выявить общие черты с помощью фотографирования и сравнения снимков, но потерпел полную неудачу.
В 1878 году он писал:
«Если встретится физиономия, вполне интересная как выражение русского лица, то получить с нее портрет в 99 случаях из ста бывает невозможно вследствие отказа в позволении снять с себя портрет в фас и профиль… Приходилось ограничиваться весьма тесным кругом более знакомых лиц, которые в виде одолжения соглашались удовлетворить странному требованию, от коего они не ожидали ничего путного, но соглашались из желания не противоречить безвредной мании знакомого и близкого человека».
«Если считается естественным, что изучение пород лошадей может составить предмет особой отрасли знания, то тем более мы имеем оснований признать рациональным обособление в отдельную науку изучение пород человечества»
Немалые проблемы испытывали и другие исследователи, решившие заняться антропологией. Увлекшийся новым направлением московский врач Василий Николаевич Бензенгр в 1879 году описал свои попытки сбора информации у пациенток:
«Получение сведений сопряжено с величайшими затруднениями.
.. Предлагаемые вопросы очень часто вызывали краску на лице пациентки, особенно молодой. Мы вообще так мало привыкли называть вещи собственными именами, а наши женщины еще менее привыкли говорить спокойно о своих физиологических функциях, что только положительные уверения в том, что все эти сведения необходимы для правильного лечения настоящей болезни, могли заставить их давать нужные ответы… Поэтому я никак не могу ручаться за полную правдивость ответов, особенно в некоторых, поистине очень щекотливых вопросах; фигура умолчания употреблялась моими пациентками чаще, чем бы я желал».
Сведения, собранные Бензенгром с 1866 по 1875 год, представляли определенный интерес для демографии. Только четверть его пациенток оказались уроженками Москвы: подавляющее большинство приехало в Первопрестольную из Московской и прилегающих к ней губерний. Кроме того, небезынтересным оказался и факт, что за все время он видел только двух крестьянок старше 75 лет, а много работавших женщин старше 50 лет по виду и состоянию здоровья относил уже к старухам.
Значительные усилия по сбору сведений о среднем росте новобранцев русской армии показали, насколько незначителен этот рост по современным представлениям
Фото: РГАКФД/Росинформ, Коммерсантъ
Однако, несмотря на то что врач за десять лет собрал данные о 5611 пациентках, результат его исследования для антропологии оказался, мягко говоря, не вполне впечатляющим. Главным выводом исследования оказалось:
«Мы считаем себя в полном праве сказать, что раннее половое развитие русской женщины есть ее расовый антропологический признак».
Еще менее успешным стало проведенное в 1887 году Николаем Андреевичем Янчуком антропологическое исследование литовцев, политические цели которого почти не скрывались в его отчете:
«До XII в. литовцы почти все время были в подчинении у славян, и только с XII в.
начинается самостоятельная жизнь Литвы, достигшая в течение нескольких столетий довольно цветущего развития и потом опять павшая под ударами более сильных соседей — славян и немцев… На основании данных, представляемых языком, исследователи выводят заключение, что народности литовская и славянская составляли некогда одну лито-славянскую ветвь индоевропейского племени. Из этого одного целого вышло два разветвления: литовское и славянское, и каждое из них стало существовать отдельно, развиваться и дробиться на наречия и на народности».
Оставалось окончательно доказать правомерность пребывания литовцев и их земель в составе Российской империи — с помощью антропологии. Янчук сравнивал литовцев с белорусами и по цвету глаз, и по цвету волос и пришел к выводу, что литовцы и белорусы очень близки друг к другу. Но делать окончательные выводы в пользу единого происхождения двух народов все-таки не стал:
«Мною исследована сравнительно очень небольшая область, одна местность Литвы.
.. Поэтому, легко может статься, что и те немногие частные обобщения, на которые я указал, в дальнейших исследованиях литовцев другими лицами не оправдаются. Мы заметили, что в некоторых отношениях (цвете волос и глаз, форме головы) в общем литовец близко подходит к белорусу; но в то же время относительно частностей в типе белорусов замечается значительно большее разнообразие, чем в типе литовцев. Что же из этого следует? Близкое сходство или одинаковость физиологических черт литовцев и белорусов указывает ли на то, что литовцы чисто славянского происхождения? Трудно сказать, хотя бы уже потому, что вряд ли сам белорус может считаться чистейшим славянским типом и служить образцом для сравнения…»
«720 взвешиваний мозга мужчин»
На этом фоне работа доктора Николая Васильевича Гильченко, который после бурной революционной молодости был прощен императором и с 1884 года служил военным врачом, ввиду собранного им солидного фактического материала выглядела образцовой и полностью отвечающей всем целям и задачам русской антропологии.
Объектом исследования доктор Гильченко сделал мозг, как он писал, «племен, населяющих Россию»:
«Благодаря счастливым условиям постоянной службы в военных госпиталях, мне удалось в течение 8 лет произвести более 700 взвешиваний головного мозга у лиц обоего пола, различного возраста и племени. Большая часть работы (472 взвеш.) произведена была на Кавказе, в секционном покое Владикавказского военного госпиталя, остальные же данные собраны во время службы моей в Московском военном госпитале. Материалом служили трупы в названных госпиталях, в которых по закону и обычаю производится вскрытие каждого умершего от той или иной болезни. Эти умершие, в громадном большинстве, были нижние чины различных частей войск местного гарнизона, комплектовавшегося уроженцами польских, малороссийских и северо-восточных губерний. Но, помимо этого обычного населения военных госпиталей, во Владикавказский военный госпиталь поступают и лица гражданского ведомства, вследствие полного отсутствия в городе Владикавказе каких бы то ни было лечебных заведений, за исключением одной амбулаторной лечебницы.
Благодаря этому обстоятельству, мне удалось собрать небольшой, но редкий материал, касающийся веса мозга у различных горцев Кавказа».
По данным антропологических исследований, грузины по богатству волосяного покрова уступали армянам, а по весу мозга — всем остальным народам Кавказа
Фото: Росинформ, Коммерсантъ
В результате 720 взвешиваний мозга мужчин от 12 до 95 лет оказалось, что средний вес равен 1376,57 грамма. Эта цифра почти не отличалась от данных других русских исследователей. Близкие средние значения указывали и исследователи из Германии, Италии и других стран. Однако Гильченко интересовали в первую очередь индивидуальные и национальные отличия.
«Индивидуальные величины веса мозга, полученные мною при взвешивании, крайне разнообразны. Наименьшим мозгом в 1066,4 грм.
обладал 70-ти летний уроженец Тульской губ., имевший рост в 1678 миллиметров. Наибольший вес мозга в 1750 грм. наблюдался у 22-летнего поляка, уроженца Виленской губернии, ростом в 1688 мм».
Куда интереснее оказались различия в массе мозга у людей разных национальностей. Ведь тогда бытовало мнение, что чем больше мозг, тем умнее человек. Вывод Гильченко о русских оказался неутешительным для патриотов: «По моим наблюдениям, средний вес головного мозга у великороссов равен 1367,9 грм. при средней величине роста = 1675,8 мм». Гильченко констатировал: «Великорусскому племени свойствен вес мозга меньший, чем какой получен нами для «среднего обывателя России», без всякого отношения к племени».
Утешить великороссов могло лишь то, что у украинцев, или малороссов, как их тогда официально именовали, мозг оказался еще легче:
«Произведено взвешивание мозга и его отдельных частей у 133 малороссов различных губерний и областей России, в возрасте от 16 до 95 лет. Средний вес головного мозга малороссов = 1365,6 грамма при средней величине роста = 1688,4 миллим.
Таким образом у великороссов и абсолютный вес мозга (1367,9 грм.) и относительный (средний рост = 1675,8 мм.) вес больше, чем у малороссов… Небольшой вес мозга составляет, по-видимому, племенную особенность украинцев. Влияние племени (народности) в данном случае заставляет признать и то, что малороссы в общем отличаются высокорослостью. Лишь население побережья Балтийского моря (эсты, ливы) превосходит в этом отношении население малороссийских губерний».
Удручающими для национальной гордости великороссов оказались и данные доктора Гильченко по полякам:
«Сделано 102 взвешивания головного мозга и его отдельных частей у представителей различных губерний Царства Польского и поляков губерний Юго-Западного края. Средний вес мозга у поляков = 1397,2 грам., средний рост = 1681,2 миллим. Нельзя не обратить внимания на весьма значительную величину веса мозга поляков сравнительно с другими славянскими племенами».
Но самые удивительные результаты Гильченко получил по другим народам:
«Мною сделано всего 55 взвешиваний мозга у представителей некоторых племен, населяющих Кавказ, а именно: 11 взвеш.
мозга осетин, 17 взвеш.— у ингушей (чеченцев), 3 взвеш. мозга дагестанских горцев, 12 взвеш. мозга армян, 11 взвеш.— грузин и проч… По-видимому, лишь у 1/3 осетин встречается головной мозг среднего (обыкновенного) веса; большинству же осетин свойствен мозг весьма значительного веса. Средняя величина подтверждает это. Средней вес мозга у осетин = 1465,5 гр. Средняя величина роста = 1686,3 мм…Средний вес мозга чеченцев = 1462,9 грм. Средний рост у этих чеченцев = 1702,5 мм… Средней вес мозга грузин, вычисленный мною из 11 взвешиваний = 1350,4 грамма. Таким образом, грузины обладают наименьшим (по весу) головным мозгом из числа тех народностей Кавказа, которых мне удалось наблюдать».
По данным Гильченко, средний вес мозга у башкир (1414,65 г) превосходил аналогичный параметр у татар (1386,3 г). А евреи по среднему весу мозга уступали украинцам, но обгоняли грузин:
«Мною сделано 23 взвешивания мозга евреев. Наибольший вес мозга = 1569,7 грамма, был у 22-летнего уроженца Волынской губ.
, имевшего рост = 1688 мм. Наименьший мозг в 1134,6 грам. наблюдался у 56-ти-летнего отставного рядового, имевшего рост = 1625 миллим. Средний же вес мозга евреев = 1336,7 грамма».
Естественно, возникал вопрос: так что же следует из этого исследования для теории рас. Как оказалось, ровным счетом ничего.
«На голове волосы в 60% всех случаев черные, иногда с примесью русых; в 38% они темнорусые и в 2% рыжие. Что касается густоты волос, то в 75% они, можно сказать, густые, в 10% — редкие»
«Все попытки,— писал Гильченко,— установить какой-либо критерий степени умственного развития субъекта, найти точный показатель интеллектуальности человека до сих пор не увенчались успехом… Всего меньше вероятия найти показатель степени умственного развития в объеме и в весе головного мозга. Вес головного мозга зависит от величины роста, от возраста, пола и расы (племени). Нет сомнения, что более массивное телосложение, в интересах своих мускульных отправлений, предъявляет большие требования соматической деятельности мозга, а следовательно, тем самым влияет на степень развития мозга в отношении его объема (величины и веса).
Но локализация умственных способностей, степень развития психических процессов всего менее могут быть разгаданы одним взвешиванием мозга… Тем не менее, имея в виду, как широко распространено убеждение не только среди публики, но и ученых, что высокое развитие интеллектуальных способностей всегда отражается на величине (и весе) мозга, мною были выделены из общего числа лиц, мозги коих я взвешивал, те индивидуумы, которые с некоторым правом могли быть отнесены к числу «интеллигентных лиц»… Средний вес мозга у них (1358,1 грамма) меньше общей средней (1376,57 грм.), тогда как рост этих интеллигентных субъектов (1699,5) в среднем превышал общую величину среднего роста (1675,4 мм.) населения России».
«Волосяная растительность отличается богатством»
После таких исследований, вызывающих главным образом вопросы и брожение умов, власти, казалось бы, могли полностью прикрыть крамольное направление. Однако вместо этого они попросту утратили всякий интерес к антропологии и забыли о возможности ее политического использования.
Зато у исследователей увлечение антропологией выросло до невообразимых размеров, правда при этом приняло довольно странные формы.
В 1903 году гинеколог Эрнест Август Вильгельм Гершельман опубликовал в Русском антропологическом журнале статью «Формы грудной железы у эстонок», в которой излагались результаты исследования груди у пациенток этого врача и специально проведенного осмотра 67 проституток из города Юрьева (Тарту). Их груди классифицировались по форме, размеру и другим признакам. В конце статьи автор вносил свою лепту в расовую теорию:
«Русские, те, по крайней мере, которые были исследованы мною, превосходят эстонок величиною и степенью развития грудных желез».
Своеобразные выводы приводились в докторской диссертации земского врача Казанского уезда Алексея Андреевича Суханова «Казанские татары», которую он защищал в Военно-медицинской академии в 1904 году. В числе прочих расовых признаков татар он отмечал:
«Выражение лица благородное у мужчин 5%, у женщин — 10%; грубое, дикое у первых 17%, у вторых — 23%; не грубое 78% у первых и 57% у вторых.
Взгляд веселый 17% м. и 30% ж.; серьезных — 30 м. и 24 ж.; печальных — 33% м. и 38% ж.; хитрых —20% м. и 8% ж.».
Суханов, кажется, не упустил ни единой детали:
В еврейском вопросе у русских и германских антропологов начала XX века наблюдались значительные расхождения. Первые считали евреев обособившейся группой, вторые — низшей расой
Фото: РГАКФД/Росинформ, Коммерсантъ
«У казанских татарок лобок оказался развитым хорошо в 94,7% и слабо развит в 5,3%; в 90%, огромном большинстве был округлой формы. Подкожный жирный слой обильно развит оказался в 60%, плохо развит в 40%. У мужчин лобок был развит хорошо в 90% и был округлой формы в 80%; покрыть обильно жиром в 55%… Ягодицы мясистые, тучные были в 20% у мужчин и в 78% у женщин. По форме ягодицы у мужчин были больше овально-округлой формы (79,6%), а у женщин более широкой (56%)».
А доктор медицины Эрнест Вильгельмович Эриксон опубликовал в 1905 году результаты своего исследования «К антропологии грузин», где говорилось:
«Грузины, подвергнутые мною антропологическому исследованию, были исключительно нижние чины, в возрасте 23-25 лет, квартирующих в Тифлисе войск… Через мои руки, как военного врача, прошло грузин очень много, но измерено всего 73. Телосложение их вообще посредственное; оно менее крепкое, чем, например, у армян. Мышечная сила далеко не такая, как, например, у родственных грузинам аджарцев. Грузины, населяющие Кахетию, т. е. Сигнахский и Телавский уезды Тифлисской губ., в общем физически слабее, чем живущие в пределах прежней Карталинии, ныне именуемой Ахалцихским и Ахалкалакским уездами той же губернии. Причинами являются, между прочим, малярия и алкоголизм в населении Кахетии и, напротив, отсутствие болотной инфекции и относительная трезвость принявших мусульманство грузин Карталинии. Впрочем, все мною исследованные грузины (христиане) были народ вполне здоровый, с правильно и достаточно развитыми мышцами и костной системой».
Особое внимание доктор Эриксон уделил волосяному покрову:
«У грузин волосяная растительность отличается богатством, все же не в такой степени, как, например, у армян. На голове волосы в 60% всех случаев черные, иногда с примесью русых; в 38% они темнорусые и в 2% рыжие. Что касается густоты волос, то в 75% они, можно сказать, густые, в 10% — редкие… Хотя растительность на теле у грузин вообще обильная, все же на груди у солдат в 50% еще нет волос, в 10% волосатость на этом месте густая, в 28% — умеренная и в 12% — слабая. Излюбленными местами для волос являются: спереди — срединная линия и живот, около сосков и на лобке, а сзади — у лопаток и на крестце, на ягодицах, бедрах, голенях, предплечьях и некоторые другие. На лобке волос особенно много: тут они обыкновенно того же цвета, какой наблюдается на голове, или несколько светлее».
Скорее всего, обилие подобных исследований и диссертаций объяснялось тем, что в Военно-медицинской академии, где защищались докторские диссертации по медицине, служил увлекшийся антропологией Александр Иванович Таренецкий.
И после того, как он в 1887 году стал профессором академии, антропологические диссертации получили право на существование. Когда же Таренецкий в 1901 году возглавил академию, число желающих обмерять и описывать разные параметры человеческого тела резко возросло. Ведь для желающих получить ученую степень по медицине это было намного проще, чем, к примеру, разрабатывать и внедрять новые методы лечения больных.
При этом актуальная для государственной политики тема — расовая принадлежность евреев — разрабатывалась отечественными антропологами без особого усердия. Алексей Арсеньевич Ивановский, один из видных специалистов, занимавшийся систематизацией человеческих типов, писал, например, что евреи составляют самостоятельную антропологическую группу, обособившуюся от всех других. Против предложенной концепции российские антропологи-евреи не возражали. Аркадий Данилович Элькинд писал в 1912 году о взглядах Ивановского:
«Работы следующих лет хотя в основе и не поколебали взгляда на антропологический тип евреев, далеко расширили и углубили познание последнего.
Это объясняется тем, что были произведены новые антропологические наблюдения не только над европейскими евреями, но и над евреями внеевропейских стран».
Собственно, русские антропологи, даже если бы и перестали использовать науку в личных целях, не смогли бы создать для государственных целей расовую теорию, способную вдохновить подданных Российской империи на борьбу с евреями или кем бы то ни было еще. Для подавляющего большинства народа в стране с 80-процентной неграмотностью теория все равно осталась бы непрочитанной и непонятой. Так что черносотенцы использовали для своей пропаганды хорошо известные с древних времен христианские претензии к иудеям.
Иное дело Германия. О ситуации в немецкой антропологии этнограф Лев Яковлевич Штернберг в 1912 году писал:
«В антропологию прокралась совершенно априорная доктрина, по учению которой каждой физической расе, т. е. каждой группе с определенными физическими признаками, соответствует прирожденный ей искони определенный комплекс психических и моральных свойств, передаваемых, как и признаки физические, по наследству и остающихся раз и навсегда неизменными.
Явились таким образом на сцену высшие и низшие расы, и евреи, как семиты, были причислены к расам низшим в интеллектуальном и моральном отношениях… На этой почве ариомании новейший германский шовинизм создал новую доктрину во славу немецкого патриотизма. В один прекрасный день на место термина «арийская раса» подставили расу германскую и из последней выделили особую, северную расу белокурых долихоцефалов (длинноголовых). Эти-то последние и являются единственными и истинными носителями германского типа и представляют расу из рас».
Пойти по немецкому пути российские власти не смогли бы, даже если бы захотели. Ведь великороссы не попали в число избранных рас. А в 1914 году, после начала мировой войны, любые германские теории объявили тлетворными и враждебными всему русскому. И то, что подобные теории в России не имеют перспектив, стало совершенно очевидным в 1917 году, когда выяснилось, что на русской почве лучше всего растет не расовая, а классовая ненависть.
Большой объем мозга человека объяснили изменением рациона
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Фруктовая диета, по мнению ученых, помогает развить большой мозг
Поедание фруктов, возможно, стало причиной того, что предки человека смогли развить большой мозг.
К такому выводу пришли ученые из Университета Нью-Йорка.
Это противоречит распространенной среди антропологов точке зрения, согласно которой предки человека смогли развить большой мозг благодаря социальному взаимодействию.
Считается, что приматы собираются в более крупные и более сложные социальные группы. Такие сложные отношения требует более сложного и большого по объему мозга.
Джеймс Хайем из Университета Нью-Йорка и его коллега Алекс ДеКазиен изучили размеры черепа различных приматов, включая обезьян, лемуров и человека.
Всего они исследовали 140 различных видов приматов, среди которых оказались, например, мадагаскарский ай-ай и некоторых виды гиббонов. Впервые ученые проанализировали такой большой объем данных по этому вопросу.
В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology and Evolution, они ставят под сомнение принятую в науке теорию. Они объясняют размер мозга диетой, которой придерживался примат.
Ученые изучили зависимость размера мозга приматов и различные социальные характеристики, например, размер группы, в которой они находятся, и ее социальную структуру. Теория о социальных связях, например, не объясняет, почему у орангутангов, ведущих уединенный образ жизни, такой большой мозг.
По мнению ученых, приматы, которые едят фрукты, имеют куда больший мозг, чем те, которые едят листья, объясняет Хайем. Ученые видят причину в том, что у фруктов куда больше питательная ценность, чем у листьев.
Кроме того, такая диета требует от примата определенных усилий. Например, фрукты неравномерно распределены во времени и пространстве. Для того, чтобы их найти, нужно приложить определенные усилия, объясняют ученые.
Обезьяны, поедающие фрукты, чаще всего путешествуют на большие расстояния. Для этого они нередко формируют крупные группы. А крупные группы приматов, по мнению ученых, могли согнать более мелкую группу с фруктового дерева.
Таким образом, эти две теории оказались взаимосвязанными.
Уменьшение головного мозга. Человек глупеет?
В правой руке С.Дробышевский держит череп Кроманьон 1, в левой руке — череп современного человека. Заметна разница в размерах. Кадр из видео «Достающее звено #4. Эволюционный ряд черепов».
Уменьшение мозга началось примерно 25 тысяч лет назад и ещё около 10 тысяч лет назад продолжалось вполне ощутимо. Этот факт разные исследователи склонны объяснять по-разному. Одни, особенно гордящиеся собственной разумностью, склонны туманно рассуждать о важности количества и качества межнейронных связей, о непринципиальности абсолютной массы мозга, об отсутствии корреляции между этой массой и уровнем интеллекта, о различиях массы мозга и объёма мозговой полости черепа, о тонкостях методик, о соотношении нейронов и нейроглии. Однако, о нейронах неандертальцев и кроманьонцев мы ничего не знаем, а о размере мозга – знаем.
Есть и второй вариант: древние люди были умнее нас.
Этот вывод обычно удивляет слушателей и ставит в некоторое замешательство. Главных аргументов «против» два: во-первых, если неандертальцы с кроманьонцами были умнее, почему же они имели более низкую культуру, во-вторых, разве объём мозга жёстко связан с интеллектом?
На первое возражение ответить проще. Древние люди жили в гораздо более сложных условиях, чем мы сейчас. К тому же они были универсалами. В одной голове один человек должен был хранить сведения обо всём на свете: как делать все орудия труда, как добыть огонь, как построить жилище, как выследить добычу, как её поймать, выпотрошить, приготовить, где можно добыть ягодки-корешки, чего есть не следует, как спастить от непогоды, хищников, паразитов, соседей. Ещё помножьте всё это на четыре времени года. Да ещё добавьте мифологию, предания, сказки и прибаутки. Да необходимость по возможности бесконфликтно общаться с близкими и соседями. Поскольку не было ни специализации, ни письменности, ВСЁ это человек носил в ОДНОЙ голове.
Понятно, что от обилия такой житейской премудрости голова должна была «пухнуть». К тому же оперировать всей этой информацией древний человек должен был быстро. Последнее, правда, несколько противоречит большому размеру: чем длинее и сложнее межнейронные связи, тем дольше идёт сигнал. Мозг мухи работает быстрее нашего в немалой степени из-за своего мизерного размера. Но и задачи у мушиного мозга попроще человеческих.
Современная жизнь резко отличается от палеолитической. Сейчас человек получает всё готовое: и пищу, и вещи, и информацию. Крайне мало современных цивилизованных людей способны сделать какое-либо орудие труда из природных материалов. В лучшем случае человек комбинирует уже готовые элементы, например, прилаживает лезвие топора на топорище. Но он не изготавливает топор с самого начала – от добычи руды и срубания палки для топорища (тем более срубания орудием, лично изготовленным). Современный человек дров не носил, палок не пилил, руды не копал, железо не ковал – вот и нет ему ничего, в смысле мозгов.
Специализация – это не проблема XX века, как часто приходится слышать. Она появилась ещё в раннем неолите, с первым большим урожаем, позволившим кормить людей, занимающихся не добычей еды, а чем-то ещё. Появились гончары, ткачи, писцы, сказители и прочие специалисты. Одни стали уметь дрова рубить, другие – печь топить, третьи – кашу вариать. Цивилизация сделала мощнейший рывок вперёд, и количество общей информации сказочно выросло, но в голове каждого отдельного человека знаний заметно поубавилось. Цивилизация столь сложна, что один человек в принципе не может уместить в голове даже малой части общей информации, обычно он и не пытается, ему и не надо. Роль винтика устраивает подавляющее большинство цивилизованных людей.
Древний человек до всего доходил своим умом. При этом возможности обучения у него были минимальны. Продолжительность жизни была мала, отчего умудрённых опытом стариков, да ещё с педагогическим даром, было катастрофически мало. Вообще людей в группе было немного.
Посему многие вещи приходилось постигать на личном опыте, причём очень быстро, да ещё без права на ошибку.
Сейчас же каждого сапиенса с рождения окружают толпы специально выдрессированных лекторов, наперегонки спешащих поведать о всех тайнах мироздания (в которых, как правило, сами ориентируются только с надёжной картой в виде статей, монографий и баз данных, накопленных долгими предшествующими поколениями).
Современный человек берёт нусом – коллективным разумом. У кроманьонцев нус не дорос, так что каждому приходилось работать своими мозгами.
А при всём при том, мозг – энергетически жутко затратная штука. Большой мозг пожирает огромное количество энергии. Неспроста палеолитические люди часто имели мощное телосложение – им надо было усиленно кормить свой мощный мозг, благо, ещё неистощённая среда со стадами мамонтов и бизонов позволяла. С неолита отбор пошёл на уменьшение размера мозга. Углеводная диета земледельцев позволяла неограниченно плодиться, но не кормить большие тело и мозг.
Выигрывали индивиды с меньшими габаритами, но повышенной плодовитостью. У скотоводов с калорийностью пищи дело обстояло получше. Неспроста групповой рекорд размеров мозга сейчас принадлежит монголам, бурятам и казахам. Но жизнь скотовода несравненно стабильнее и проще, чем у охотника-собирателя; да и специализация имеется, плюс возможность грабить земледельцев позволяет не напрягать интеллект. Все скотоводческие культуры зависят от соседних земледельческих. Посему размер мозга уменьшался у всех – тотально по планете.
У многих на этом месте возникнет закономерный вопрос: почему же у современных охотников-собирателей объём мозга практически всегда очень мал? Австралийские аборигены, ведды, бушмены, пигмеи, андаманцы и прочие семанги – все как один имеют наименьшие значения размеров головы в мировом масштабе. Выходит, у них мозг уменьшался быстрее, чем у земледельцев и скотоводов. Неужели их жизнь стала настолько проще палеолитической, позволив не так сильно напрягать интеллект? Думается, есть разные причины особо активной редукции мозга именно среди охотников-собирателей.
Во-первых, прогресс шёл и в самых примитивных группах людей. Жизнь австралийских аборигенов XIX века – не то же самое, что жизнь их предков 30 тысяч лет назад. За минувшие тысячелетия появились бумеранги, микролиты, собаки динго. Жизнь стала лучше, жизнь стала веселее! А в подавляющем большинстве других охотничье-собирательских сообществ они жили в контакте с культурами производящего хозяйства. Бушмены, семанги и эвенки использовали железные наконечники стрел и копий, выменивали ткани и посуду у окружающих земледельцев-ремесленников. Вездесущая глобализация затрагивала охотников-собирателей, хотя бы и крайне слабо.
Вторая причина резкого уменьшения мозга у охотников-собирателей – ухудшение условий их жизни. В палеолите такой образ жизни вели все, стало быть, плотность населения и конкуренция были минимальны, нагрузка на окружающую среду тоже была весьма слабой. Стада непуганых бизонов покрывали степи до горизонта, низкий уровень технологий не позволял извести их всех, но давал вполне достаточно пищи для поддержания большого тела и мозга.
Нельзя сказать, что палеолит был Золотым Веком. Жизнь была тяжела и регулярно голодна.
Но в целом, надо думать, неандертальцам и кроманьонцам жилось сытнее, чем нынешним бушменам в Калахари.
Причина очевидна. Современные охотники-собиратели оттеснены земледельцами и скотоводами в самые неблагоприятные места. Все плодородные места в первую очередь были распаханы или заселены овцами. Охотники сохранились лишь на самых бедных окраинах, где самые тяжёлые условия выживания и мало еды, которую к тому же трудно достать. В этом отношении показательно, что скелеты наиболее вероятных предков бушменов найдены не в Калахари или Намибе, а в пещерах южного побережья. Останки древнейших австралийцев покоятся не в песках пустыни Виктории, а в самой плодородной юго-восточной части континента. Со временем пищи становилось меньше. Где-то – как в Австралии – её за тысячи лет извели сами же охотники, где-то – в большинстве прочих мест – им помогли земледельцы и скотоводы.
Мало еды – мало возможностей для поддержания большого мозга.
Неспроста современные охотники всегда имеют и очень малые размеры тела, и весьма субтильное телосложение, даже близко несравнимое с неандертальским. В свете всего этого закономерно, что с появлением производящего хозяйства размер мозга угнетаемых охотников-собирателей стал резко уменьшаться. Верхнепалеолитический рай закончился.
Во всех вышеприведённых рассуждениях одним из ключевых моментов является предположение о связи размера мозга с его функциональными возможностями. Тут стоит сделать подробное уточнение.
Размер мозга напрямую не коррелирует с интеллектом в пределах вида.
В рамках вида Homo sapiens размер мозга связан с размерами тела и качеством питания (отчего во многих странах в последние десятилетия наблюдается увеличение массы мозга – есть стали лучше, подросли малость), а интеллект в основном зависит не от размера мозга (тем более, что масса мозга процентов на 90 определяется глиальной тканью, а не нейронами; глия, конечно, тоже нужна, так как обеспечивает работоспособность нейронов, но не в ней происходят нервные процессы) и даже не от числа нейронов (ведь может быть много лишь двигательных или чувствительных клеток, что зависит и от размеров тела), и даже не от числа ассоциативных нейронов, а от числа связей между нейронами.
Число же связей меняется в пределах нескольких порядков и частично обусловлено наследственно, частично же определяется образом жизни и опытом. Учится человек, наращивает число связей – будет умнее; не учится – будет глупее. Стремление к обучению, впрочем, тоже имеет наследственную составляющую, так что мозговитый человек с огромной интеллектуальной потенцией не захочет тренировать свой мозг, не нарастит связи и останется простофилей. Существенно, что число нейронов в течение жизни катастрофически уменьшается, а способности мозга продолжают расти; это определяется именно появлением новых межнейронных связей. Таким образом, приходится признать, что большой мозг сугубо потенциально должен бы стать более умным, но оговорок так много, что фактически эта связь отсутствует. Неспроста рекордсмены по размеру мозга никогда не являются рекордсменами по достижениям – ни в индивидуальном, ни в популяционном смысле. Доказывается это разными путями.
Во-первых, известны великие мыслители и с большим, и с малым мозгом.
Средняя по этим мыслителям получается практически средней по миру (на самом деле она получается больше среднемировой средней, но тут надо учитывать два важных обстоятельства: в выборку мыслителей всегда включают только мужчин и почти одних северных европеоидов – крупных телом и, стало быть, мозгом; если бы сюда добавить женщин и южных мыслителей – древних египтян, греков, римлян, итальянцев, майя, индусов, южных китайцев, то средняя по мега-интеллектам сравнялась бы с общемировой).
Во-вторых, старые люди с капитально уменьшившимся мозгом могут иметь два жизненных пути. Если в течение жизни они вели интеллектуальную жизнь (пели, плясали, читали, а лучше – сочиняли стихи, занимались наукой, искусством, просто делали что-то умное), то старческое слабоумие им не грозит. Среди университетских профессоров людей с деменцией несравнимо меньше, чем среди людей неинтелектуальных профессий. Если же человек всю жизнь сидел на лавочке, щёлкал семечки и не читал ничего сложнее астрологического прогноза, то прогноз его старости неутешительный.
Учиться, учиться и учиться – как завещал нам великий В.И. Ленин, и что спасёт нас от маразма на пенсии.
В-третих, в популяционном смысле всё то же самое. Великие достижения человеческой мысли принадлежат самым разным группам – и мозговитым, и не очень.
Все древнейшие цивилизации возникли в средиземноморском поясе, где живут далеко не самые крупнотелые и головастые популяции.
Как самые мелкоголовые, так и самые башковитые популяции (не будем тыкать пальцем) не числятся в создателях мировых цивилизаций.
Даже очевиднее факт отсутствия внутривидовой связи размера и функции мозга на примере собак. Пёсики разных пород не распределяются по интеллекту так же, как по росту. Мелкая левретка или чихаухуа может быть столь же сообразительной, что и огромный сенбернар или ирландский волкодав. Число двигательных и чувствительных нейронов у разноразмерных собак меняется капитально, а число связей между ассоциативными нейронами, видимо, остаётся более-менее постоянным.
Единственно, когда указанная корреляция чётко проявляется – в случае патологических крайностей. Ясно, что микроцефал не может быть особо умным по причине недоразвития коры, но и рекордсмены в сторону больших значений – сплошь тоже с патологиями интеллекта и психики.
Однако, в межвидовом масштабе связь размера мозга и интеллекта вполне очевидна, с поправками на массу тела, конечно. Мышь глупее слона, кошка глупее собаки. Шимпанзе никогда не достичь уровня человека. Кит имеет в три раза б?льший мозг, чем человек, но в тысячу раз превосходит его по весу тела, так что тоже не догоняет по разумности. Соразмерные с современным человеком неандертальцы и кроманьонцы (которые тоже вроде как Homo sapiens, но уж больно древние и специфичные) имели б?льший мозг. Хронологические изменения невозможно списать лишь на аллометрические связи размеров мозга и тела – тело-то не особо поменялось, а питание в целом стало, как минимум, стабильнее. Стало быть, изменения размеров связаны в первую очередь с интеллектом.
С чего мы и начали.
Каков же прогноз? Усиливающаяся специализация и независимость от условий окружающей среды, обеспеченность выживания независимо от личных качеств делают прогноз неутешительным. С другой стороны, общий разум человечества неизмеримо растёт.
Обеспечит ли он счастливое будущее? Поживём, увидим…
Имеет ли значение размер мозга — Сноб
Фото: Hal Gatewood/UnsplashМозг известного русского писателя Тургенева весил 2012 граммов. Мозг не менее известного французского писателя Анатоля Франса весил чуть больше килограмма, а мозг английского писателя Артура Конан Дойла весил всего лишь 800 граммов. Значит ли это, что Тургенев был в два раза умнее Франса и в 2,5 раза талантливее Конан Дойла?
Миф о том, что ум и интеллект зависят от размеров мозга, — один из самых стойких и неистребимых. Мерилом умственных способностей испокон веку был размер лба.
Узколобый — это значит тупой, недалекий, неразвитый.
Семи пядей во лбу, напротив — мудрец, мыслитель, гений.
Пядь, вообще-то, — это 18 сантиметров. Семь пядей — метр двадцать. Представьте себе человека с таким лбом.
В начале XIX века народная мудрость о семи пядях во лбу неожиданно получила мощную научную поддержку. Австрийский врач Франц Галль создал первую в истории псевдонауку — френологию. По Галлю, выходило, что интеллектуальные способности зависят от формы черепной коробки.
Френология была очень популярна в России, но у себя на родине, в Пруссии, Галль подвергся резкой критике коллег. И вынужден был сбежать во Францию. Там Галль несколько раз опрометчиво высказался по поводу недостаточно вместительной черепной коробки Наполеона и в результате лишился права «проповедовать» свое учение в Париже.
Говорят, что Наполеон в конце жизни главной своей заслугой считал запрет теории Галля, а не поход в Россию.
В реальности, конечно, размер головы имеет значение только при покупке шапки.
Ну, или для примерки короны.
Кстати, про корону.
В тридцатые годы в Советском Союзе был целый институт, возглавляемый ученым-мозговедом Владимиром Михайловичем Бехтеревым, который пытался доказать, что мозги одаренных людей отличаются от мозга людей обычных. А уж мозг супергения и сверхчеловека Ленина с ними со всеми рядом не стоял… То есть не лежал… Точнее, не плавал в формалине.
Сначала Бехтерев надеялся найти зависимость между весом мозга и интеллектом. Но тот самый эталонный образец, ради которого в 1924 году при Московском институте мозга была создана специальная лаборатория, не дотягивал по весу даже до среднестатистического (мозг Ленина весил всего лишь 1340 граммов при мужской норме кило четыреста). И тогда Бехтерев поставил перед своими сотрудниками задачу найти хоть какие-то отличия в строении мозга обычных людей, талантливых и гениев.
Для сравнительного анализа при поиске гениальности в сером веществе покойного вождя мирового пролетариата в Институте мозга была собственная небольшая коллекция образцов разных мозгов.
В основном упокоившихся лидеров партии и правительства, а также доставшиеся от бесхозных трупов.
Но и ее не хватило.
В 1927 году академик Бехтерев предложил советскому правительству создать Пантеон Мозга с целью «увековечивания памяти выдающихся деятелей», а также для «всестороннего изучения особенностей строения мозга выдающихся людей и сопоставление с особенностями… их одаренности».
По злой иронии судьбы, первым экспонатом Пантеона Мозга стал мозг самого академика Бехтерева.
И дело двинулось.
К 1934 году Пантеон уже владел мозгами Клары Цеткин, академиков Луначарского, Гулевича и Покровского, поэтов Маяковского, Белого и Багрицкого, писателя Горького, режиссера Станиславского и даже певца Леонида Собинова.
Но вот найти между ними какие-то различия, а главное, доказать, что мозг вождя мирового пролетариата по строению чем-то отличается от мозга оперного певца, ученые не смогли, как ни старались.
На самом деле мудрость и интеллект зависят не от размера головного мозга.
И даже не от количества нервных клеток. Оно у всех людей одинаково. Каждый человек при рождении получает примерно 86 миллиардов нейронов, и это количество не меняется до конца жизни. Зато по мере развития, обучения и познания у людей увеличивается количество связей между нейронами.
Каждый раз, когда мы узнаем что-то новое, например, что вода мокрая, сахар сладкий, а сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы, возникает новая нейронная связь — синапс. У одного нейрона может быть от 1 до 10 тысяч связей с другими нейронами.
Чем больше мы узнаем, тем больше синапсов образуется. Вот от них-то, точнее от их количества, наш ум и зависит.
Получается, что стартовые условия у нас у всех одинаковые. А вот с каким интеллектуальным багажом мы приходим к финишу — зависит только от нас самих, от нашей лени или от нашей любознательности.
При рождении вес мозга ребенка составляет примерно 300 граммов. Человек растет, и мозг растет вместе с ним, занимая 95% процентов объема черепной коробки.
К 18 годам мозг достигает своего максимального веса.
Мозг среднестатистического человека весит от одного до двух килограммов.
Мужские мозги тяжелее женских в среднем на 125 граммов.
Говорят, из-за того, что у женщин уменьшены центры, отвечающие за логику. Все врут.
Кстати, самый тяжелый мозг за всю историю исследовательской медицины был зафиксирован у одного пациента психиатрической клиники. Он весил 2 килограмма 850 граммов. Мозг признанного гения всех времен и народов Альберта Эйнштейна весил всего лишь 1230 граммов.
А у Луи Пастера вообще было только одно полушарие.
Короче говоря, то, какого размера мозг вам достался, не имеет никакого значения. Но это не значит, что врожденные характеристики мозга не имеют значения. Имеют. И еще какое. Прочитайте об этом в главе «Есть ли у мозга совесть?».
Если стартовые условия у всех одинаковые и от размера мозга ничего не зависит, почему тогда одни люди умнее других?
Потому что одни ухаживают за мозгом, загружают его работой, каждый день «кормят» его новой информацией, занимаются его обучением, а другим просто лень, или они пока еще не знают, что мозг очень любит учиться.
Чем больше мы узнаем, тем больше нейронных связей образуется. Чем больше мы используем мозг для решения новых задач, тем умнее становимся. Почитайте об этом в главе «Как сделать мозг еще умнее?».
А как же врожденные способности? Есть ли у мозга врожденная специализация?
Врожденные способности и таланты — это отдельная тема отдельной главы. Она так и называется: «Где у мозга призвание?».
«То, что вы делаете и чему учитесь на протяжении жизни, влияет на форму и вид вашего мозга — иными словами, меняет его «проводку». У разных людей разные отделы мозга развиваются в различной степени. Нет даже двух человек, у которых одинаковая информация хранилась бы в мозге в одних и тех же местах. Человек обладает многими видами интеллекта, большинство из которых невозможно оценить при помощи IQ-тестов».
Объем человеческой памяти равен одному квадриллиону байт
Человеческая память может вместить 1 млн Гб информации, а слишком хорошая способность к запоминанию может представлять проблему для представителей творческих профессий, выяснили ученые.
Отдел науки «Газеты.Ru» рассказывает о том, как ученые измерили объем памяти, и поясняет, почему хорошее настроение способствует забывчивости.
Человеческий мозг состоит приблизительно из 100 млрд нейронов, каждый из которых вступает в тысячи связей с другими. В конечном в головном мозге формируются около 100 трлн связей. Передача информации осуществляется за счет синапса — точки специализированного контакта нейронов. Когда два взаимодействующих участка нейронов одновременно активизируются, синапс становится более прочным. Выступающее образование на дендритах (ветвящийся отросток нейрона, необходимый для получения информации) — дендритный шипик — также увеличивается в размерах. Шипик обеспечивает контакт с другими клетками, а увеличивается для восприятия большего количества поступающих сигналов.
Шипики разного размера раньше сравнивались учеными с битами компьютерного кода, только вместо цифр 1 и 0 исследователи пользовались описательными характеристиками их размера.
Впрочем, о количестве всех возможным размеров шипика специалисты также не имели представления, ограничиваясь бытовыми понятиями «маленький», «средний», «большой».
Любопытное наблюдение заставило исследовательскую группу из Института биологических исследований Дж. Солка (Калифорния) пересмотреть существующие измерения. С полным описанием эксперимента и с текстом научной статьи можно ознакомиться в журнале eLife.
Изучая гиппокамп крысы (гиппокамп — это участок коры головного мозга, отвечающий за запоминание зрительных образов), ученые заметили, что один аксон (отросток нейрона, выступающий в роли кабеля-передатчика) может вступать в связь с двумя дендритными шипиками — принимающими информацию «антеннами». Исследователи предположили, что шипики будут принимать одинаковую информацию, так как она исходит от одного и того же аксона, а значит, они должны быть сходны по размеру и прочности. При различных характеристиках шипика информация, переданная от одного аксона, будет изменена.
Исследователи решили измерить объекты, формирующие синаптические связи. В результате оказалось, что шипики, воспринимающие информацию от одного аксона, различаются в размерах примерно на 8%.
Всего ученые зафиксировали 26 вариантов величины шипика.
На основе этих данных исследователи заявили, что человеческая память может хранить информацию объемом около одного квадриллиона байт.
Квадриллион (1 000 000 000 000 000) байт без малого соответствует одному миллиону гигабайт. Для сравнения: средняя оперативная память компьютера составляет всего 8 Гб. В то же время каждому из нас прекрасно известно, что использовать память на 100% мы не можем: люди регулярно забывают о датах дней рождения своих друзей, школьники часами пытаются выучить наизусть стихотворение или запомнить параграф из учебника по истории.
При этом именно такая ситуация рассматривается как абсолютно нормальная, а вот людей с выдающейся памятью мы склонны характеризовать словом «феномен». Так, американец Ким Пик, ставший прототипом Рэймонда Бэббита из фильма «Человек дождя», обладал уникальной памятью:
ему удавалось хранить до 98% всей полученной информации.
Среди друзей Пик имел прозвище Kim-puter. В 2005 году в журнале Scientific American была опубликована статья, посвященная Киму Пику. Ученые предполагают, что феномен был вызван отсутствием мозолистого тела, соединяющего полушария мозга: нестандартные соединения нейронов в этом участке спровоцировали повышенные возможности использования памяти.
Если сейчас известно, насколько велики возможности нашей памяти, почему важные понятия и события продолжают из нее ускользать? На этот вопрос пытается ответить Пауль Ребер, исследователь проблем механизмов памяти в Северо-Западном университете (Эванстон, штат Иллинойс, США). Ученый не принимал участия в экспериментах исследовательской группы Института Солка.
«Емкость памяти не является проблемой — любой анализ количества нейронов приведет к осознанию огромного потенциала человеческого мозга. Но это неважно, поэтому наше восприятие мира проходит быстрее, чем фиксация образа в памяти», — комментирует ученый.
По мнению Ребера, окончательно практически невозможно подсчитать количество информации, способной храниться в человеческом мозге.
Проблема заключается в том, что информации в разы больше, чем мы можем себе представить. В памяти каждый человек хранит не только факты, лица и важные навыки, но и основные функции, такие как говорение и движение, чувственное восприятие и выражение эмоций. Ученый уверен, что сейчас еще достаточно сложно перейти от вычисления силы синапсических связей до комплексного описания всех сложнейших мелких процессов между нейронами.
Тем не менее Робер высоко оценил работу своих коллег из Института Солка: «Данные экспериментов значительно увеличивают наши знания не только об объемах памяти, но, что более важно, они еще раз подтверждают, насколько сложно устроены механизмы человеческой памяти».
Полученные результаты уже можно использовать при создании энергосберегающих компьютеров, способных имитировать стратегии работы человеческого мозга при передаче данных.
Результаты проведенного эксперимента помогут и в клинических исследованиях заболеваний головного мозга, вызванных нарушением нормального синапса.
Вообще, исследованиями памяти ученые занимаются довольно давно, и иногда такие исследования дают весьма интересные результаты. Например, в 2011 году Элизабет Мартин из Миссурийского университета (Колумбия) смогла установить, что пребывание в хорошем настроении прямо влияет на нашу забывчивость. Полное описание эксперимента приводится в журнале Cognition and Emotion. Участники исследования были поделены на две группы: одни смотрели комедийное шоу, другие — инструкцию по установке настила.
Результаты теста на запоминание комбинации цифр после просмотров видео показали, что с ним хуже справились те, кто смотрел развлекательную передачу.
Мартин уверена, что именно хорошее настроение заставляет нас забыть о важном звонке после веселой вечеринки.
Коллеги Элизабет Мартин, психологи из Иллинойского университета, полагают, что способность запоминать большой объем информации не так уж и полезна, особенно если вы занимаетесь творческой деятельностью.
Ученые считают, что высокая способность к запоминанию развивает математическое мышление и снижает творческий потенциал. Исследование было опубликовано на сайте Ассоциации психологических исследований.
Величина мозга прямо пропорциональна интеллекту животных
Как сурикаты сломали гипотезу социального мозга, какие животные лучше всех открывают задвижки, а также зависит ли уровень интеллекта от объема головного мозга — на эти и другие вопросы отвечает отдел науки «Газеты.Ru».
В мире животных масса мозга варьируется от 9 кг у кашалота до 0,00028 г у муравья. В большинстве случаев масса головного мозга пропорциональна размеру тела, однако из этого правила есть ряд исключений: так, мозг людей и дельфинов достаточно велик по сравнению с телом, а мозг китов и бегемотов относительно мал. Гипотеза о том, что размер мозга коррелирует с уровнем интеллекта, существовала давно, и биологи на протяжении многих лет пытаются ее доказать — например, было обнаружено, что чем крупнее мозг птицы, тем лучше она приспосабливается к окружающей среде.
Группа американских исследователей выясняла, действительно ли головастые животные обладают особым интеллектом, помогающим им решать сложные задачи. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Наиболее продуманным биологи считают поведение хищников — в частности, коллективная охота требует четкого распределения обязанностей внутри стаи.
Именно поэтому плотоядные животные стали идеальным объектом для исследования связи между размером мозга и способностью искать оптимальные решения проблем в различных ситуациях.
В эксперименте участвовали 140 особей 39 различных видов, среди которых были белые медведи, песцы, тигры, речные выдры, пятнистые гиены, панды, снежные барсы и росомахи.
Каждый зверь должен был открыть замок-задвижку на металлической коробке, внутри которой лежала еда: бамбук — для панды, мясо — для тигров. На решение задачи у хищников было 30 минут. За это время 49 особей 23 видов (35% от всех участников эксперимента) успешно справились с заданием.
close
100%
Одна из участниц эксперимента — пятнистая гиена — смотрит на закрытую клетку с едой
Sarah Benson-AmramНаибольшего успеха достигли представители семейств медвежьих (участвовавшие в опыте медведи разных видов достали еду в 70% случаев), енотовых (в 54% случаев) и куньих (47% выполнения). Неудачнее всего выступили сурикаты и мангусты — они ни разу не смогли открыть задвижку.
В целом же — если не принимать во внимание уникальный случай медведей, которые обладают большим по отношению к телу мозгом, — крупные животные справились с заданием хуже, чем мелкие.
10 сентября 14:59
Исследователи решили исключить другие факторы, которые могли повлиять на успешность выполнения задания.
Например, на способность открыть задвижку может влиять ловкость — качество, свойственное енотовидным и приматам, — однако доказательств этой теории получено не было.
Далее биологи предположили, что размеры конкретных областей мозга влияют на интеллект животных больше, чем общий объем мозга. Чтобы проверить это, ученые использовали виртуальные эндокранные слепки (слепки внутренней полости черепной коробки) 17 видов плотоядных для измерения объема четырех областей головного мозга, однако это ни к чему не привело — теория также была не доказана.
Еще одна гипотеза состояла в том, что
на интеллект животных может влиять сложность их социальной организации: так, гиены живут в кланах со строгой иерархией, а сурикаты объединяются в колонии.
Результаты работы, однако, показали, что «структура общества» животных никак не влияет на их интеллект. Проделав это масштабное исследование, ученые пришли к выводу: на способность животных решать сложные задачи действительно влияет общий объем головного мозга.
30 сентября 15:42
Одна из авторов исследования Кэй Хоулкамп (Университет штата Мичиган) поясняет: «Среди ученых, изучающих приматов, популярна так называемая гипотеза социального мозга, утверждающая, что увеличение объема мозга — результат эволюционного процесса, направленного на борьбу с проблемами в социальной сфере. Согласно этой гипотезе, появление интеллекта у животных должно помочь им реагировать на поведение сородичей и даже манипулировать их действиями. Если гипотеза социального мозга верна, то можно было бы ожидать, что виды, которые живут в больших социальных группах, будут умнее. Как бы то ни было,
мы не нашли никаких доказательств того, что гипотеза социального мозга верна: размер социальной группы не влияет на способность животного решать сложные задачи».
Таким образом американским биологам удалось опровергнуть гипотезу социального мозга, которая ставилась под сомнение и раньше. Гипотеза социального мозга впервые была предложена британским антропологом Робином Данбаром. Именно он первым предположил, что человеческий интеллект развивался в первую очередь как средство для создания и поддержания большой социальной группы. А когда группа сформировалась, ее члены, в свою очередь, начинают отдавать преимущество более умным особям, и благодаря этому интеллект развивается еще сильнее. Данбар также утверждал, что количество социальных связей, которые может поддерживать живое существо, напрямую зависит от размера его неокортекса — коры головного мозга. Это утверждение проверить достаточно просто, и биологи уже указывали на то, что, например, сурикаты общаются с гораздо большим количеством сородичей, чем, согласно концепции Данбара, должен позволять размер их мозга.
Расчетный максимальный и текущий объем мозга для прогнозирования когнитивных способностей в пожилом возрасте
Нейробиол Старение.
2013 Dec; 34 (12): 2726–2733.
Натали А.Royle
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Tom Booth
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Университета Эдинбург, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Мария К.
Вальдес Эрнандесa Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Сеть визуализации шотландцев , A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ларс Пенке
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Университет of Edinburgh, Edinburgh, UK
c Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Кэтрин Мюррей 900 73
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Алан Дж.
Gowb Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Susana Muñoz Maniega
Brain Research Центр нейровизуализации, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Шотландская сеть визуализации, платформа для научного превосходства (SINAPSE) , Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Джон Старр
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Шотландский исследовательский центр деменции при болезни Альцгеймера, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
900 72 Марк Э.
Бастинa Центр визуализации мозга, Нейровизуализация, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c , Scottish Imaging Network Платформа для сотрудничества в области научного мастерства (SINAPSE), Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ян Дж.Дири
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Кафедра психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Joanna M. Wardlaw
Исследование Центр визуализации, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Scottish Imaging Network, платформа для научного мастерства (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
a Центр визуализации мозга, нейровизуальные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Center for Когнитивное старение и когнитивная эпидемиология, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c 9000 5 Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург , UK
f Alzheimer Scotland Research Center Dementia Research Center, University of Edinburgh, Edinburgh, UK
∗ Автор для корреспонденции: Brain Research Imaging Center (BRIC), Division of Neuroimaging Sciences, Western General Hospital, Crewe Road, Edinburgh, Eh5 2XU, Великобритания.Тел .: +0131 537 3669; факс: +0131 537 2661. [email protected]Получено 1 сентября 2012 г .; Пересмотрено 7 мая 2013 г .; Принято 16 мая 2013 г.
Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.Abstract
Ухудшение тканей головного мозга является важным фактором снижения когнитивных способностей в более позднем возрасте; тем не менее, в немногих исследованиях есть соответствующие данные, чтобы установить, насколько предыдущий объем мозга и предшествующие когнитивные способности влияют на эту связь.Мы исследовали связи между биомаркерами структурной визуализации мозга, включая оценку максимального объема мозга, и подробные измерения когнитивных способностей в возрасте 73 лет у большого (N = 620), в целом здорового населения, проживающего в сообществе. Данные о когнитивных способностях были доступны с 11 лет. Мы обнаружили положительные ассоциации ( r ) между общими когнитивными способностями и оценочным объемом мозга в молодости (мужчины, 0,28; женщины, 0,12), и измеренным объемом мозга в более позднем возрасте (мужчины, 0.27; самки 0,26). Наши результаты показывают, что когнитивные способности в молодости являются сильным предиктором оцененного ранее и измеренного текущего объема мозга в пожилом возрасте, но эти эффекты были одинаковыми как для белого, так и для серого вещества. Как одно из крупнейших исследований связи между объемом мозга и когнитивными способностями с нормальным старением, эта работа способствует более широкому пониманию того, как некоторые факторы раннего возраста влияют на когнитивное старение.
Ключевые слова: Старение, биомаркеры структурной визуализации мозга, объем мозга, когнитивные способности на протяжении жизни, IQ
1.Введение
По мере старения людей обычно наблюдается некоторая степень снижения средних показателей когнитивных способностей, таких как рассуждение, память, скорость обработки и пространственные способности (Ghisletta et al., 2012; Salthouse, 2010). Обзор Plassman et al. (2010) обнаружили, что, несмотря на наличие данных о других факторах, проблемы со здоровьем, отрицательный образ жизни (особенно курение) и наличие аллеля APOE -ε4 неизменно связаны с повышенным риском возрастного когнитивного снижения.
Важные факторы, не учтенные Plassman et al. (2010) — это уменьшение или изменение объема мозговой ткани. Это удивительно, поскольку больший объем мозга, оцененный с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), был связан с более высоким интеллектом, причем в исследованиях сообщалось, что ассоциации варьируются от 0,33 до 0,42 (McDaniel, 2005; Miller and Penke, 2007; Rushton and Ankney, 2009 г.). Кроме того, исследования показали, что существует прямая связь между уменьшением объема ткани мозга и снижением когнитивных функций (Sluimer et al., 2008), что уменьшение объема мозговой ткани и увеличение спинномозговой жидкости (CSF) в долгосрочном плане связаны с более низкими когнитивными функциями (Cardenas et al., 2011), и что потеря ткани ускоряется у людей с легкими когнитивными нарушениями по сравнению с нормальным снижением с возрастом (Driscoll et al., 2009).
Однако несколько факторов остаются неясными в связи между состоянием мозга и когнитивными способностями в более позднем возрасте. Во-первых, исследования были неоднозначными относительно того, является ли предшествующий максимальный размер мозга, оцененный по внутричерепному объему (ICV), или текущее состояние мозга, измеренное по текущему объему ткани, более сильным предиктором когнитивных способностей в дальнейшей жизни.Максимальный объем мозга устанавливается в позднем детстве и впоследствии широко отражается на внутреннем размере полости черепа (Wolf et al., 2003), который можно измерить с помощью ICV на структурной МРТ. Объем внутричерепной полости напрямую связан с ростом мозга в молодости, и, хотя объем мозга начинает снижаться в раннем взрослом возрасте, считается, что после этого полость черепа остается относительно стабильной (Blatter et al., 1995), что представляет собой «археологический» объект. оценка максимального размера мозга у молодежи, доступная для изучения в более старшем возрасте.Исследование, посвященное различным измерениям объема, включая ICV и общий объем мозга (TBV), в большом возрастном диапазоне (от 19 месяцев до 80 лет), показало, что ICV увеличивается с увеличением объема мозга в детстве и раннем подростковом возрасте, но между возрастами у 16 и 80 лет объем мозга значительно уменьшился (Courchesne et al., 2000), тогда как ICV не показал изменений. Следовательно, хотя объем ткани мозга уменьшается с возрастом, ICV остается примерно неизменным после того, как в молодости развитие мозга прекращается, мозг достигает своего максимального размера, а швы черепа срастаются, и, как таковые, могут рассматриваться как оценка предшествующего или максимального размера мозга.
Ряд исследований показал положительную связь между внутричерепным объемом (ICV) и когнитивными способностями в более позднем возрасте. MacLullich et al. (2002) сообщают о положительной значимой корреляции в диапазоне от 0,26 до 0,39 между ICV и несколькими индивидуальными тестами когнитивных способностей. Шенкин и др. (2009) обнаружили у 107 здоровых пожилых людей в возрасте от 75 до 81 года, что весь объем мозга составлял небольшую (<1%) вариацию общих когнитивных способностей, тогда как внутричерепная область (косвенный показатель ICV), объяснила 6 .2% дисперсии. Совсем недавно Farias et al. (2012) обнаружили, что ICV и текущие объемы мозга (то есть общий объем головного мозга, гиппокампа и поражения белого вещества) у пожилых людей были связаны с различными когнитивными доменами, но что ICV коррелировала с когнитивными переменными после того, как были учтены другие измерения объема мозга. Эти результаты показывают, что максимальный размер мозга является важным фактором в понимании когнитивных способностей в пожилом возрасте.
Возможным объяснением связи, обнаруженной между максимальным размером мозга, измеренным с помощью ICV, и когнитивными способностями в позднем возрасте может быть гипотеза пассивного мозгового резерва (Stern, 2009).Было высказано предположение, что обладание большим мозгом обеспечивает некоторую сопротивляемость нейродегенерации в более позднем возрасте, следовательно, ослабляет снижение когнитивных функций (Mori et al., 1997). Концепция пассивного мозгового резерва была предложена для объяснения индивидуальных различий в старении мозга или, более конкретно, для объяснения различных эффектов, наблюдаемых у людей, которые демонстрируют одинаковую пропорциональную степень старения мозга (Staff et al., 2004; Stern, 2009) . Возможно, положительные ассоциации между ICV и хорошей когнитивной способностью в более позднем возрасте отражают способность мозга человека противостоять нормальному процессу старения.
Несмотря на данные исследований, показывающие, что предшествующая когнитивная способность является сильнейшим предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (Deary et al., 2012), мало исследований, изучающих связь между одновременным объемом мозга и контролем когнитивных способностей. Из тех исследований, которые имели (Murray et al., 2011; Staff et al., 2004), не было найдено поддержки для прогнозирования одновременных когнитивных функций по объемам мозга при контроле предшествующих способностей.
Уменьшение объема мозговой ткани в нормальном стареющем мозге неравномерно; серое вещество может начать сокращаться в раннем взрослом возрасте и после этого следовать довольно линейной схеме, тогда как объем белого вещества, как говорят, увеличивается примерно до среднего возраста, а затем начинает уменьшаться (Ge et al., 2002; Ziegler et al., 2010). Выводы о том, что уменьшение объема префронтального белого вещества значительно превышает уменьшение объема серого вещества в пожилом возрасте, особенно в 9-м десятилетии, позволяют предположить, что белое вещество более уязвимо для нормального старения (Salat et al., 1999). Кроме того, исследования показали, что расхождение между объемными изменениями в объеме ткани серого и белого вещества отражается в ассоциациях между этими тканями и когнитивными функциями (Raz et al., 2010).
Чтобы изучить связь между размером мозга и когнитивными способностями при старении, в настоящем исследовании мы проверили, влияет ли максимальный размер мозга в молодости (по оценке ICV) и текущий объем мозговой ткани на когнитивные способности в дальнейшей жизни.Затем мы протестировали вклады как текущих когнитивных способностей, так и изменений когнитивных способностей в течение жизни в объемах белого и серого вещества по отдельности. В целом, мы стремились обеспечить тщательную оценку относительного вклада широких показателей мозга и когнитивных функций в большой однородной по возрасту выборке в целом здоровых пожилых людей.
2. Метод
2.1. Участники
Когорта по рождению в Лотиане 1936 года (LBC1936) — это лонгитюдное исследование когнитивного старения, включающее людей, которые в основном принимали участие в Шотландском психиатрическом исследовании 1947 года (SMS1947) и проживали в Эдинбурге и его окрестностях (Лотиане) в около возраста 70 лет.Протоколы набора, визуализации мозга и когнитивного тестирования для LBC1936 подробно описаны ранее (Deary et al., 2007; Wardlaw et al., 2011).
В данном исследовании используются данные второй волны тестирования, в которой 866 участников (средний возраст = 72,5 года, SD = 0,7 года) вернулись для второй волны когнитивного тестирования. Из тех, кто вернулся, 700 прошли МРТ, из которых 672 выполнили все последовательности, необходимые для измерения объемов мозга для этого исследования. Из участников 41 был исключен из-за неполных когнитивных данных (возраст 11 IQ, 36; индивидуальные когнитивные оценки при оценке в волне 2, 5), и 11 участников были исключены, так как они набрали ≤24 баллов по Краткой шкале оценки психического состояния (MMSE).Оценка ≤24 по шкале MMSE — это широко используемый клинический порог, который считается показателем возможного патологического когнитивного нарушения (Folstein et al., 1975). Окончательная выборка составила 620 взрослых (327 мужчин, 52,7%).
На основании недавних исследований (O’Bryant et al., 2008; Stephan et al., 2010) и для проверки устойчивости моделей, описанных ниже, мы также оценили все модели, используя более консервативное пороговое значение MMSE, исключая все с баллами ≤28. Это было сделано для того, чтобы на результаты не оказали чрезмерного влияния пациенты с более низкими показателями MMSE и, следовательно, потенциально также пациенты с легкими когнитивными нарушениями или ранними стадиями деменции.В этом вторичном анализе были удалены еще 83 участника (мужчины, 57 лет; женщины, 26), в результате чего была выбрана выборка из 537 человек (270 мужчин, 50,3%).
2.2. Когнитивное тестирование
Когнитивные способности в возрасте 11 лет оценивались с помощью теста Moray House № 12 (MHT), который участники принимали как часть SMS1947. MHT включает в себя ряд элементов когнитивных способностей (следование указаниям, противоположности, классификация слов, аналогии, практические задания, рассуждения, пословицы, арифметика, пространственные элементы, смешанные предложения и расшифровка шифров) и является проверенной мерой общего интеллекта ( Дири и др., 2007). Показатели МГТ в возрасте 11 лет были преобразованы в оценку типа IQ (возраст 11 IQ; среднее значение = 100, SD = 15) после учета возраста в днях, в которые проводился тест.
Познавательные способности в более позднем возрасте измерялись с помощью 6 невербальных субтестов по шкале интеллекта взрослых Векслера (WAIS-III UK , Wechsler, 1998): 2 субтеста рабочей памяти (последовательность букв и размах цифр в обратном направлении), 2 подтесты скорости обработки (поиск символа и цифровой символ) и 2 теста невербального мышления (блочный дизайн и матричное рассуждение).
2.3. Получение изображения
Структурные данные МРТ были получены с помощью клинического сканера GE Signa Horizon HDxt 1.5 T (General Electric, Милуоки, Висконсин, США) с использованием набора самозащитных градиентов с максимальной силой градиента 33 м / мкм и 8- канальная фазированная антенная решетка головки. Обследование включало осевое сканирование T2W, T2_W и FLAIR, объемную последовательность T1W с высоким разрешением, полученную в корональной плоскости, последовательности аксиального T1W-градиентного эхо-сигнала (FSPGR) с 21 и 121 углами поворота для количественного T1-картирования и 2 стандартные последовательности спинового эха, полученные с и без МТ-импульса, приложенного на 1 кГц от резонансной частоты воды для МТ-МРТ (Wardlaw et al., 2011).
2.4. Анализ изображений
Весь анализ изображений проводился обученными аналитиками, не имеющими отношения к информации об участниках.
ICV включал содержимое внутри таблицы черепа с его нижним пределом в аксиальном срезе чуть выше кончика зубчатого штифта у большого затылочного отверстия и выше нижних границ миндалин мозжечка (Wardlaw et al., 2011 ). ICV, который включает ткань головного мозга, спинномозговую жидкость (CSF), вены и твердую мозговую оболочку, был получен полуавтоматически с использованием последовательности T2 * W с инструментом Object Extraction Tool в Analyze 9.0 (Mayo Clinic, Analyze 9.0. Analyze Direct, Inc. Mayo Clinic), обеспечивающая начальную сегментацию, которая была отредактирована вручную для удаления ошибочных структур.
ЦСЖ, поражения белого вещества, а также белое и серое вещество были извлечены с помощью MCMxxxVI (Valdés Hernández et al., 2010): полуавтоматической методики мультиспектральной сегментации, в которой используется слияние цветов для улучшения дифференциации тканей и квантование с минимальной дисперсией для размывания изображения. цветовой спектр и для создания бинарных масок рассматриваемой ткани или поражения.Комбинация T2 * W и FLAIR, обозначенных красным и зеленым цветом, соответственно, использовалась для извлечения CSF (обозначено красным цветом) и поражений белого вещества (обозначено желтым). Затем маски спинномозговой жидкости вычитали из ICV, чтобы определить общий объем мозговой ткани (TBV). Тот же метод был использован для изготовления масок белого вещества, но со слиянием объемов T2W и T1W (красного и зеленого цветов соответственно). В этой комбинации цвета и последовательности здоровое белое вещество было идентифицировано в ярко-зеленом цвете, в отличие от серого вещества и поражений белого вещества.Маски серого вещества были рассчитаны путем вычитания масок белого вещества и бинарных масок поражения белого вещества из ранее созданных масок ткани мозга.
2,5. Статистический анализ
Все модели были оценены с использованием моделирования многогрупповых структурных уравнений (MG-SEM). Этот тип моделирования имеет то преимущество, что моделирует скрытые конструкции и связи между ними с учетом ошибки измерения, обеспечивая при этом формальные тесты их эквивалентности в разных группах. В результате моделирование многогрупповым структурным уравнением обеспечивает надежные оценки ассоциаций.Все модели были оценены в Mplus 6.0 (Muthen and Muthen, 2010) с использованием оценки максимального правдоподобия.
В данном исследовании мы использовали многогрупповую модель для оценки параметров для мужчин и женщин отдельно. Пол, как известно, является одним из крупнейших источников изменчивости общего размера головы и мозга, и, учитывая нашу относительно большую выборку, мы решили моделировать половые различия напрямую, а не просто включать пол в качестве ковариаты. Входными данными для всех моделей были стандартизированные остатки после регрессии и, таким образом, с учетом дисперсии, связанной с возрастом в днях.Исключением был IQ в возрасте 11 лет, который является стандартизированной по возрасту оценкой типа IQ. Несмотря на узкий возрастной диапазон текущей когорты, возраст в днях по-прежнему составлял значительную ( p < 0,05) вариацию в объеме ткани мозга, объеме белого вещества, объеме серого вещества, блочном дизайне, кодировании цифровых символов, поиске символов и т. Д. и матричное рассуждение; демонстрируя важность учета влияния возраста.
2.5.1. Спецификация модели
Во-первых, важно указать, что во всех анализах TBV, белое вещество (WM) и серое вещество (GM) были стандартизированными остатками, контролирующими ICV.В модель 1 мы включили ICV и TBV в качестве предикторов общей когнитивной способности (g), чтобы оценить степень связи между показателями максимального размера мозга, текущего состояния мозга и текущей когнитивной способности. Затем мы включили IQ в возрасте 11 лет в качестве предиктора g, чтобы оценить, остаются ли ICV и TBV значимыми предикторами текущих способностей с учетом прошлых способностей. Таким образом, мы спрашивали, предсказывают ли ICV и TBV также изменение когнитивных способностей на протяжении жизни. В модели 2 мы следуем той же последовательности анализов, но заменяем TBV объемами WM и GM, чтобы проверить, согласуются ли ассоциации с конкретными типами тканей с g как у мужчин, так и у женщин.
2.5.2. Инвариантность измерения
Перед проверкой эквивалентности параметров регрессии у мужчин и женщин, инвариантность измерений была установлена для латентных конструкций. Инвариантность измерений гарантирует, что скрытые конструкции эквивалентны для разных групп, и требуется для значимой интерпретации параметров модели в разных группах (French and Finch, 2006). Мы установили конфигурационную инвариантность (эквивалентность модели факторных нагрузок) и метрическую инвариантность (степень факторных нагрузок) как для g, так и для скорости обработки.
После того, как инвариантность измерений установлена, интересующие параметры в моделях могут быть зафиксированы на эквивалентность, и правдоподобность этого ограничения проверяется с использованием разницы в χ 2 для соответствующего числа степеней свободы.
2.5.3. Оценка модели
В SEM степень соответствия модели данным оценивается с помощью индексов соответствия модели. Мы приняли пороговые значения на основании обзора (Schermelleh-Engel et al., 2003) ≤0.05 для стандартизованного среднеквадратичного остатка (SRMR), ≤0,06 для среднеквадратичной ошибки аппроксимации (RMSEA) и ≥0,95 для индекса Такера-Льюиса (TLI) и индекса сравнительного соответствия (CFI). При установлении того, выполняются ли предположения об инвариантности измерений для латентных конструкций, мы следуем Chen (2007) и предполагаем, что изменения CFI на -0,01 или меньше в сочетании с изменениями в RMSEA ≤0,015 поддерживают инвариантность измерений.
3. Результаты
Описательная статистика представлена в.Все переменные были приблизительно нормально распределены без значений асимметрии, превышающих ± 0,90, или значений эксцесса, превышающих ± 1,17, как у мужчин, так и у женщин.
Таблица 1
Описательная статистика когнитивных способностей и переменных изображения мозга в LBC1936 (N = 620)
| Характеристика | Среднее | SD | Искривление | Мужской эксцесс | Мужской эксцесс (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Возраст (лет) | 72.47 | 72,60 | 0,70 | 0,73 | 0,10 | −0,06 | −0,84 | −0,85 | |||||||||||||||
| MMSE | 28,75 | 28,75 | 2 | 1 | 0,25 | 1,18 | |||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 11 лет | |||||||||||||||||||||||
| .72 | 102,98 | 16,17 | 13,39 | −0,90 | −0,67 | 1,12 | 0,49 | ||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Размах цифр назад | 7,85 | 8,04 | 2,27 | 2,24 | 0,34 | 0,30 | −0,03 | −0,30 | |||||||||||||||
| Блочная конструкция | 9632,93 | 10,53 | 8,85 | 0,28 | 0,56 | −0,28 | 0,76 | ||||||||||||||||
| Буквенно-числовой упорядочение | 11,07 | 0,4811,07 | 0,32 | 0,51 | |||||||||||||||||||
| Матричные рассуждения | 14,09 | 13,00 | 4,82 | 4,75 | −0,19 | −0,03 | −0.89 | −0,90 | |||||||||||||||
| Кодирование цифровых символов | 54,78 | 58,95 | 12,17 | 11,27 | 0,19 | 0,22 | −0,36 | 6,23 | 5,69 | −0,31 | −0,16 | 0,55 | 0,93 | ||||||||||
| Расчетный объем мозга в детстве | см 3 ) | 1536.93 | 1355,39 | 113,20 | 101,08 | 0,25 | 0,28 | −0,15 | −0,13 | ||||||||||||||
| Объем мозга возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Общий объем мозговой ткани (см 3 ) | 1175,08 | 1070,08 | 100,03 | 83,70 | 0,16 | 0,14 | −0.07 | −0,18 | |||||||||||||||
| Объем белого вещества (см 3 ) | 522,22 | 468,04 | 84,87 | 68,89 | 0,46 | 0,17 | 9038 9038 серый объем | 0,20 см 3 ) | 521,59 | 476,49 | 71,80 | 62,36 | 0,14 | 0,01 | 1,17 | −0,13 | |||||||
без корректировки.Значимые положительные корреляции между тестами когнитивных способностей у мужчин (r = 0,29–0,65) и женщин (r = 0,20–0,58) подтверждают моделирование фактора скрытых когнитивных способностей, g. Были выявлены повсеместно положительные корреляции между тестами когнитивных способностей и общим объемом ткани головного мозга (мужчины r = 0,18–0,34; женщины r = 0,10–0,25) и белого (мужчины r = 0,13–0,26; женщины r = 0,04–0,18) и серого вещества. (самцы r = 0,04–0,26; самки r = 0,01–0,13) объемов. Возраст показал несколько значимых ассоциаций как с когнитивными переменными, так и с переменными объема мозга у мужчин (r = -0.18–0,13) и женщин (r = –0,23–0,11), что подтверждает его включение в качестве ковариаты, несмотря на узкий возрастной диапазон в этой когорте.
Таблица 2
Корреляции Пирсона между независимыми, зависимыми и ковариатными переменными
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8352 | 9 | 9 10 | 11 | 12 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.Возраст | — | −0,14 ∗ | −0,05 | −0,03 | −0,02 | 0,05 | −0,17 ∗∗ | −0,14 ∗ 9000 −4| −0,14 ∗ 9000 −4 | | ∗ −0,23 † | 0,11 | ||
| 2. IQ 11 лет | −0,04 | — | 0,44 † | 0,40 † | † | 0,40 † | † † | 0.35 † | 0,35 † | 0,12 ∗ | 0,11 | 0,11 | −0,01 |
| 3. Конструкция блока | −0,18 ∗8 0,48 — | 0,53 † | 0,29 † | 0,31 † | 0,38 † | 0,42 † | 0,19 ∗ | 0,19 ∗ | 0389 0385 15 ∗∗ | 0,07 | |||
| 4. Матричное обоснование | −0,12 ∗ | 0,41 † | 0,49 † | — | 0,33 9000 0,39 | 0,28 † | 0,24 † | 0,09 | 0,14 ∗ | 0,14 ∗ | 0,01 | ||
| 5. Размах цифр назад | ,1133 †0,29 † | 0,35 † | — | 0,47 † | 0,20 † | 0,1889 ∗ 0,07389 0,0389 0,038 ∗ | 0,0389 0,0389 | ||||||
| 6. Последовательность букв и цифр | −0,11 | 0,39 † | 0,33 † | 0,38 † | 0,56 † | — | .27 †0,21 † | 0,07 | 0,10 | 0,08 | 0,04 | ||
| 7. Цифр. | 0,43 † | 0,38 † | 0,51 † | — | 0,58 † | 0,11 | 0,22 †005 | 0,13 †00 | 0,13 13 ∗∗ | ||||
| 8. Поиск по символам | −0,13 ∗ | 0,41 † | 0,48 † | 0,42 † | 0,3788 † | 0,3788 †84 | 0,65 † | — | 0,06 | 0,17 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,04 | |
| 9. ICV | −0,01 | 17 ∗∗0,11 ∗ | 0,14 ∗∗ | 0,11 | 0,21 † | 0,26 † | — | 0,8381 0,42 † | |||||
| 10. Объем мозга | −0,13 ∗ | 0,26 † | 0,25 † | 0,18 ∗∗ | 0,23 ∗∗ | 0,23 2 † | 0,33 † | 0,34 † | 0,82 † | — | 0,58 † | 0,52 † | 0,18 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,13 ∗ | 0,19 ∗∗ | 0,24 † | 0,24 † | 0,2685898989 0.51 † | 0,61 † | — | -0,07 |
| 12. Объем GM | 0,13 ∗ | 0,11 ∗ | 00 0,140,0389 0,0389 | 0,04 | 0,18 ∗∗ | 0,26 † | 0,36 † | 0,48 † | −0,09 | — |
Общий объем мозга и объем белого вещества имеют несколько умеренно значимых ассоциаций с индивидуальными подтестами когнитивных способностей как у мужчин, так и у женщин, тогда как ассоциации с объемом серого вещества в основном невелики и несущественны. Однако корреляции, представленные в, являются необработанными корреляциями, не скорректированными на ICV и возраст, и, как таковые, в некоторой степени отличаются от оценок, представленных в окончательных моделях.
Наконец, также представлены оценки связи между ICV и параллельным объемом мозга, которые сильно коррелируют как у мужчин, так и у женщин (0,82, p <0,001 и 0,83, p <0,001, соответственно). Серое вещество демонстрирует более слабые ассоциации как с ICV, чем с белым веществом, у мужчин (ICV, 0,36 против 0,51) и женщин (ICV, 0,42 против 0,51).
Перед тестированием основных моделей мы сначала установили инвариантность измерения в модели измерения g для мужчин и женщин.Модель показала отличное соответствие данным (χ 2 = 22,73 (12), p <0,05; CFI = 0,99; TLI = 0,97; RMSEA = 0,054; SRMR = 0,023), а разница в модели соответствовала модели конфигурационной и метрической инвариантности попали в предложенный диапазон соответствия модели (Δχ 2 = 7,21 (5), p > 0,05; ΔCFI = 0,00; ΔRMSEA = -0,004). Таким образом, модель измерения считалась инвариантной по полу на метрическом уровне, при этом все последующие модели выполнялись с учетом ограничений инвариантности.
Модели 1 и 2 показали отличное соответствие данным (окончательные результаты см. В разделе). Когда все пути в окончательных моделях были последовательно ограничены эквивалентностью для мужчин и женщин, никакие различия χ 2 не достигли статистической значимости (Δχ 2 ≥ 3,84, p < 0,05). Следовательно, в текущей выборке не было значительных различий в величине оценок параметров в мужской и женской моделях.
Структурная схема для моделей 1 и 2.Все переменные являются остатками, учитывающими возраст. Все значения представляют собой стандартизированные оценки параметров. Оценки берутся из окончательных моделей с параметрами, ограниченными по группам. Оценки параметров представлены отдельно для мужчин (вверху) и женщин (внизу). Примечание: никаких различий между мужскими и женскими моделями не было. Все значения значимы как минимум p <0,05. Модель подходит для модели 1 (χ 2 = 59,59 (53), p = 0,25; CFI = 1,00; TLI = 0.99; RMSEA = 0,020; SRMR = 0,034) и модель 2 (χ 2 = 88,42 (64), p <0,05; CFI = 0,98; TLI = 0,98; RMSEA = 0,035; SRMR = 0,036) были отличными. Сокращения: БД - блочная конструкция; DB, диапазон цифр назад; DS - кодирование символов цифр; GM - объем серого вещества; ICV - внутричерепной объем; LN, буквенно-цифровая последовательность; MHT, возраст 11 лет, MHT IQ; MR, матричное рассуждение; SS, поиск символа; TBV - общий объем мозга; WM, объем белого вещества.
Для модели 1 мы сначала протестировали модель, включающую только ICV и TBV, но не предшествующие когнитивные способности.И ICV, и TBV были значимыми предикторами текущей когнитивной способности как у мужчин (ICV = 0,19, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001), так и у женщин (ICV = 0,21, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001). Комбинированные ICV и TBV составляли примерно 14% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Затем мы включили предшествующие способности (MHT) в качестве предиктора текущего уровня способностей (A). Предыдущие способности были самым сильным предиктором текущих способностей (мужчины, 0.61, p < 0,001; женщины, 0,64, p < 0,001). ICV и TBV оставались значимыми предикторами текущих когнитивных способностей; однако величина ассоциации с ICV снизилась до 0,08 ( p < 0,05). В целом, MHT, ICV и TBV составляли примерно 52% дисперсии когнитивных способностей в более позднем возрасте.
Точно так же для модели 2 мы сначала протестировали модель, исключая предыдущие способности. В этой модели ICV (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0.23, p < 0,001), WM (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0,21, p < 0,001) и GM (мужчины, 0,18, p < 0,001; женщины, 0,18, p < 0,001) были значимыми предикторами текущих когнитивных способностей, составляющих в совокупности 11% дисперсии когнитивных способностей. С учетом предшествующей способности (B) величина ассоциации с ICV снизилась (мужчины, 0,10, p < 0,05; женщины, 0,11, p < 0,05), но оставались значимыми.Величины ассоциаций с WM и GM были примерно равны. В целом, в модели 2 на MHT, ICV, GM и WM приходилось примерно 48% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Не было существенных различий ни в модели 1, ни в модели 2, когда модели были переоценены с использованием подвыборки участников, набравших ≥28 баллов по MMSE (n = 537). Пути регрессии ICV к g в модели 1 не смогли достичь значимости в сокращенной выборке, но оценки параметров были идентичны во втором десятичном разряде, что указывает на отсутствие значимости из-за уменьшения мощности с размером выборки.
3.1. Стабильность ICV на протяжении всей жизни
Модели, рассмотренные выше, предполагают, что стабильность максимального размера мозга ICV достигается в молодом возрасте. Чтобы подтвердить это предположение, мы представляем данные из свободно доступного набора данных МРТ (http://www.oasis-brains.org) 416 здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 96 лет. Во-первых, ICV и TBV достоверно коррелируют в молодом возрасте (18–28 лет; r = 0,85, n = 135, p = 0,00), показывая, что ICV является хорошим маркером индивидуальных различий TBV у молодых людей.Как показано на, при группировке по десятилетию, среднее значение ICV отличается между самой молодой (18–28 лет) и самой старшей группой (84–96 лет) на 65 см 3 , что меньше стандартного отклонения 158 см 3 измерено по всей выборке (возраст 18–96 лет). Среднее процентное значение TBV, выраженное в процентах от ICV, показывает снижение на 14,1% между самой молодой (84,7%) и самой старшей группами (70,6%), где стандартное отклонение для всей группы составляет 6%.
Таблица 3
Средний расчетный внутричерепной объем (eTIV) и процент от общего объема мозга eTIV (TBV), сгруппированные по десятилетиям, во всем наборе данных и разбитые по полу
| Возрастная группа (y) | n | Мужчина / женщина | Возраст, y, среднее (СО) | eTIV (cm 3 ), среднее (SD) | TBV, (% eTIV) среднее (SD) |
|---|---|---|---|---|---|
| 18–28 | 135 | 59/76 | 22.07 (2,58) | 1515 (150) | 84,7 (1,9) |
| 29–39 | 19 | 13/6 | 32,68 (3,35) | 1511 (133) | 83,1 (2,0) |
| 40–50 | 36 | 12/24 | 46,19 (2,97) | 1446 (164) | 82,1 (2,3) |
| 51–61 | 33 | 10/23 | (3,11) | 1462 (161) | 81,0 (2,2) |
| 62–72 | 63 | 23/40 | 68.27 (3,08) | 1449 (138) | 75,8 (4,2) |
| 73–83 | 90 | 29/61 | 77,68 (3,32) | 1478 (182) | 73,2 (3,2) |
| 84–96 | 40 | 14/26 | 88,03 (3,01) | 1450 (149) | 70,6 (3,4) |
участков ICV (A) и TBV (B) по возрасту для вся выборка, самцы и самки. Во всех случаях ICV остается в целом стабильным в зависимости от возраста, тогда как TBV снижается с возрастом примерно одинаково во всей выборке, как у мужчин, так и у женщин.
График, отображающий стабильность ICV от молодости к старости (A) и снижение процента ткани мозга в ICV от молодости до старости (B). Данные (N = 416) были взяты из базы данных изображений с открытым исходным кодом (http://www.oasis-brains.org). Данные нанесены на график для всей выборки и отдельно для мужчин и женщин.
4. Обсуждение
Текущие результаты показывают, что когнитивные способности в возрасте 73 лет частично зависят от предшествующих когнитивных способностей, предшествующего или максимального размера мозга и текущего объема мозговой ткани.Исследование также показало, что в целом наблюдались сходные, умеренные поперечные связи между размером мозга и когнитивными способностями в детстве и пожилом возрасте, хотя для определения размера мозга в юности приходилось использовать оценку (ICV).
Во всех моделях текущий объем мозговой ткани был более сильным предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (как с учетом прошлых способностей, так и без них), чем ICV, повторяя результаты нескольких прошлых исследований (Cardenas et al., 2011; Sluimer et al. , 2008). Однако важно отметить, что небольшое, но значительное влияние ICV на когнитивные способности в более позднем возрасте сохранилось в обеих моделях.Величина этих ассоциаций существенно не различалась у мужчин и женщин. Учитывая текущий размер выборки, мы считаем эти ассоциации точными и надежными. Таким образом, текущее исследование подтверждает лишь очень скромную связь максимального размера мозга с когнитивными способностями в пожилом возрасте. Несмотря на то, что эта связь является слабой, она демонстрирует некоторую поддержку гипотезы пассивного мозгового резерва, которая предполагает, что более крупный мозг может выдержать большее количество травм до появления клинических или когнитивных нарушений (Stern, 2009), хотя и устанавливает существенную или практическую важность этой связи. между ICV и когнитивными способностями в дальнейшей жизни сложно.
Большое количество исследований касалось того, имеет ли ухудшение состояния серого или белого вещества большее влияние на когнитивное старение (Taki et al., 2011; Ziegler et al., 2010), с неоднозначными результатами. В текущем исследовании влияние объема белого и серого вещества на g было в значительной степени одинаковым и сохранялось как у мужчин, так и у женщин, что предполагает сопоставимое влияние на когнитивные способности в дальнейшей жизни. Однако, как было отмечено ранее (Ziegler et al., 2010), ухудшение состояния серого и белого вещества может локализоваться в разных областях мозга и, следовательно, может по-разному влиять на познание.Таким образом, хотя ассоциации могут быть сопоставимы для объемов всего мозга как серого, так и белого вещества, функциональный эффект может быть дифференцированным из-за их роли в основных нейронных сетях.
Как отмечалось ранее, простой корреляционный анализ в текущем исследовании предоставил ряд важных оценок для исследовательской литературы как по размеру мозга и когнитивным функциям, так и по ICV и текущему состоянию мозга у стареющих людей. В частности, мы обнаружили положительную связь между объемом мозга и познанием как у молодежи (мужчины, 0.28; женщины, 0,12), где ICV в пожилом возрасте использовался как индикатор размера мозга в молодости и в более позднем возрасте (мужчины, 0,27; женщины, 0,26). Эти результаты полностью согласуются с предыдущим метаанализом Макдэниела (2005) и литературными обзорами Раштона и Анкни (2009) и Миллера и Пенке (2007). Наши результаты вносят значительный вклад в эту литературу, поскольку наша единичная выборка (N = 620, полная выборка; n = 537, MMSE ≥28) составляет примерно 40–45% от общей выборки, указанной в этих количественных обзорах.Более того, эта выборка дает оценки размеров этих эффектов на протяжении 60 лет жизни одних и тех же субъектов.
У исследования есть несколько сильных сторон. Редко можно получить доступ к оценкам когнитивных способностей от молодежи в более старшем возрасте. Выборка большая и однородная по возрастному диапазону участников. Таким образом, наш анализ приобретает статистическую силу и естественным образом контролирует смешивающий эффект хронологического возраста (Hofer et al., 2006). Дополнительным преимуществом нашей большой выборки была возможность надежно оценивать модели у мужчин и женщин независимо, а не просто включать пол в качестве ковариаты в статистический анализ.Учитывая большой набор хорошо проверенных когнитивных тестов, проводимых в пожилом возрасте, и большой размер выборки, мы смогли оценить все модели с помощью SEM, что позволило получить надежные оценки конструкций скрытых когнитивных способностей, которые явно учитывают ошибку измерения, и позволяя одновременно оценка всех основных и ковариантных параметров.
Возможным ограничением данного исследования было предположение, что ICV остается статичным после достижения максимального размера мозга в молодости.Хотя проверить это предположение на наших первичных данных не удалось, доступны вторичные данные, которые подтверждают это предположение. В частности, анализ данных МРТ головного мозга в открытом доступе показал, что ICV остается в целом стабильным на протяжении всей взрослой жизни в объединенной выборке из поперечных исследований, тогда как доля ткани мозга в процентах от ICV снижается с возрастом. Однако, хотя представленные данные поперечного сечения подтверждают наше предположение, для полного подтверждения потребуется продольная визуализация от юности до пожилого возраста, данные, которые, насколько известно авторам, в настоящее время недоступны.
Еще одна проблема, связанная со стабильностью ICV на протяжении всей жизни, заключается в том, что потенциальное влияние возрастных изменений черепа, таких как утолщение внутренней поверхности черепа (May et al., 2010), может привести к заниженной оценке мозга. изменяется, когда ICV используется в качестве меры преморбидного объема мозга, особенно потому, что утолщение черепа на внутреннем столе, как известно, больше влияет на женщин, чем на мужчин. Однако на данный момент нет надежных методов оценки ICV, учитывающих эффект утолщения внутренней части черепа.Таким образом, мы признаем возможность предвзятости из-за таких эффектов, но мы не можем внести какие-либо разумные корректировки в текущие результаты.
В будущих исследованиях мы стремимся изучить процесс старения более подробно, используя многократные измерения широких и конкретных когнитивных функций и параметров мозга. В текущем исследовании наша оценка когнитивных способностей в детстве представляла собой общий показатель IQ, и поэтому мы уделяли особое внимание общим когнитивным способностям (g) в дальнейшей жизни как главному результату.Тем не менее, мы признаем, что когнитивные способности, как известно, состоят из нескольких различных областей, и будущие исследования с дополнительными продольными данными, которые в настоящее время недоступны, смогут рассмотреть связи между этими областями и продольно измеряемой атрофией мозга.
Настоящее исследование дает ряд важных выводов относительно связи между статусом мозга и когнитивными способностями в пожилом возрасте. Во-первых, как предыдущий, так и текущий размер мозга являются важными предикторами текущих когнитивных способностей, помимо влияния предшествующих когнитивных способностей.Во-вторых, эффекты были очень похожи для белого и серого вещества. Эти выводы верны как для мужчин, так и для женщин.
Заявление о раскрытии информации
Авторы заявляют, что у них нет фактических или потенциальных конфликтов интересов в отношении этой работы.
Благодарности
Мы благодарим участников LBC1936; Джени Корли, Кэролайн Бретт, Мишель Тейлор и Кэролайн Кэмерон за сбор данных; секретарь исследования LBC1936 Паула Дэвис; медсестры, рентгенологи и другой персонал Центра клинических исследований Wellcome Trust, Эдинбург (http: // www.wtcrf.ed.ac.uk) и Центр визуализации мозга при Эдинбургском университете (http://www.bric.ed.ac.uk). Эта работа была поддержана грантом программы Research Into Aging (IJD и JMS) и проектом Disconnected Mind, финансируемым Age UK (http://www.disconnectedmind.ed.ac.uk; IJD, JMS и JMW), с дополнительное финансирование от Совета по медицинским исследованиям (IJD, JMS, JMW и MEB). J.M.W. поддерживается Шотландским финансовым советом в рамках сотрудничества SINAPSE (http: // www.sinapse.ac.uk). Визуализация была выполнена в Центре визуализации мозга при Эдинбургском университете, в центре сотрудничества SINAPSE. Текущий анализ был проведен в Центре когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Эдинбургского университета (http://www.ccace.ed.ac.uk), который является частью Межсоветной инициативы «Здоровье и благополучие на протяжении всей жизни» (G0700704 / 84698). Благодарим за финансирование со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук, Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук, Совета по экономическим и социальным исследованиям и Совета по медицинским исследованиям.Мы благодарим OASIS за данные поперечного сечения, использованные в этой статье; P50 AG05681, P01 AG03991, R01 AG021910, P50 MH071616, U24 RR021382, R01 MH56584.
Сноски
N.A.R., T.B., I.J.D. и J.M.W. внес равный вклад в эту работу.
Ссылки
Блаттер Д.Д., Биглер Е.Д., Гейл С.Д., Джонсон С.С., Андерсон С.В., Бернетт Б.М., Паркер Н., Курт С., Хорн С.Д. Количественный объемный анализ МРТ головного мозга: нормативная база данных за 5 десятилетий жизни. Являюсь. J. Neuroradiol.1995; 16: 241–251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] О’Брайант С.Э., Хамфрис Дж. Д., Смит Г. Е., Ивник Р. Дж., Графф-Рэдфорд Н. Р., Петерсон Р. С., Лукас Дж. А. Выявление слабоумия с помощью Краткого исследования психического состояния у высокообразованных лиц. Arch. Neurol. 2008; 65: 963–967. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Карденас В.А., Чао Л.Л., Студхолм К., Яффе К., Миллер Б.Л., Мэдисон С., Бакли С.Т., Мунгас Д., Шафф Н., Вайнер М.В. Атрофия мозга, связанная с базовые и продольные измерения познания.Neurobiol. Старение. 2011; 32: 572–580. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Chen F.F. Чувствительность показателей согласия к отсутствию инвариантности измерений. Struct. Equat. Модель. 2007; 14: 464–504. [Google Scholar] Courchesne E., Chisum H.J., Townsend J., Cowles A., Covington J., Egaas B., Harwood M., Hinds S., Press G.A. Нормальное развитие мозга и старение: количественный анализ при МРТ in vivo у здоровых добровольцев. Радиология. 2000. 216: 672–682. [PubMed] [Google Scholar] Уважаемый И.Дж., Гоу А.J., Taylor MD, Corley J., Brett C., Wilson V., Campbell H., Whalley LJ, Visscher PM, Porteous DJ, Starr JM Когорта Lothian по рождению 1936 г .: исследование для изучения влияния на когнитивное старение с 11 лет. до 70 лет и старше. BMC Geriatr. 2007; 7: 28. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Дири Ай Джей, Ян Дж., Дэвис Г., Харрис С. Е., Тенеса А., Ливальд Д., Лучано М., Лопес Л. М., Гоу А. Дж., Корли Дж., Редмонд П. ., Fox HC, Rowe SJ, Haggerty P., McNeill G., Goddard ME, Porteous DJ, Whalley L.J., Starr J.M., Vizzcher P.M. Генетический вклад в стабильность и изменение интеллекта от детства до старости. Природа. 2012; 482: 212–215. [PubMed] [Google Scholar] Дрисколл И., Давацикос К., Ан Й., Ву Х., Шен Д., Краут М., Резник С.М. Продольный характер изменения регионального объема головного мозга отличает нормальное старение от MCI. Неврология. 2009; 72: 1906–1913. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фариас С.Т., Мунгас Д., Рид Б., Кармайкл О., Беккет Л., Харви Д., Олични Дж., Симмонс А., ДеКарли С. Максимальный размер мозга остается важным показателем когнитивных функций в пожилом возрасте, независимо от текущей патологии головного мозга. Neurobiol. Старение. 2012; 33: 1758–1768. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фолштейн М.Ф., Фолштейн С.Э., МакХью П.Р. Мини-психическое состояние. Практический метод оценки когнитивного состояния пациентов для клиницистов. J. Psychiatry Res. 1975. 12: 189–198. [PubMed] [Google Scholar] French B.F., Finch W.H. Подтверждающие факторные аналитические процедуры для определения инвариантности измерений.Struct. Equat. Модель. 2006; 13: 378–402. [Google Scholar] Ge Y., Grossman R.I., Babb J.S., Rabin M.L., Mannon L.J., Kolson D.L. Связанные с возрастом изменения общего серого и белого вещества в нормальном мозге взрослого человека. Часть I: объемный анализ МРТ. Являюсь. J. Neuroradiol. 2002; 23: 1327–1333. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Гислетта П., Рэббитт П., Ланн М., Линденбергер У. Две трети возрастных изменений жидкого и кристаллизованного интеллекта, скорости восприятия и памяти во взрослом возрасте являются общими .Интеллект. 2012; 40: 260–269. [Google Scholar] Хофер С.М., Флаэрти Б.П., Хоффман Л. Поперечный анализ данных, зависящих от времени: ассоциация, вызванная средним значением в неоднородных по возрасту выборках, и альтернативный метод, основанный на последовательных выборках узких возрастных когорт. Мультивар. Behav. Res. 2006. 41: 165–187. [PubMed] [Google Scholar] МакЛаллич А.М., Фергюсон К.Дж., Дири И.Дж., Секл Дж.Неврология. 2002; 59: 169–174. [PubMed] [Google Scholar] Мэй Х., Пелед Н., Дар Дж., Аббас Дж., Медлей Б., Машарави Ю., Гершковиц И. Внутренний гиперостоз фронтальной мышцы и подавление андрогенов. Анат. Рек. 2010; 239: 1333–1336. [PubMed] [Google Scholar] МакДэниел М.А. Люди с большим мозгом умнее: метаанализ взаимосвязи между объемом мозга in vivo и интеллектом. Интеллект. 2005. 33: 337–346. [Google Scholar] Миллер Г.Ф., Пенке Л. Эволюция человеческого интеллекта и коэффициент аддитивной генетической изменчивости в размере человеческого мозга.Интеллект. 2007. 32: 97–114. [Google Scholar] Мори Э., Хироно Н., Ямасита Х., Имамура Т., Икеджири Ю., Икеда М., Китагаки Х., Шимомура Т., Йонеда Ю. Размер мозга преморбидного типа как определяющий фактор резервной способности в отношении интеллектуального снижение заболеваемости болезнью Альцгеймера. Являюсь. J. Психиатрия. 1997. 154: 18–24. [PubMed] [Google Scholar] Мюррей А.Д., Стафф Р.Т., Макнил С.Дж., Саларирад С., Ахерн Т.С., Мустафа Н., Уолли Л.Дж. Баланс между когнитивным резервом и биомаркерами цереброваскулярных заболеваний и болезней Альцгеймера при визуализации мозга.Головной мозг. 2011; 134: 3687–3696. [PubMed] [Google Scholar] Мутен Л.К., Мутен Б.О. шестое изд. Muthen & Muthen; Лос-Анджелес, Калифорния: 2010. Руководство пользователя Mplus. [Google Scholar] Плассман Б.Л., Уильямс Дж. У., Берк Дж. Р., Холсингер Т., Бенджамин С. Систематический обзор: факторы, связанные с риском и возможное предотвращение когнитивного снижения в более позднем возрасте. Аня. Междунар. Med. 2010. 153: 182–193. [PubMed] [Google Scholar] Раз Н., Гислетта П., Родриг К. М., Кеннеди К. М., Линденбергер Ю. Траектории старения мозга у людей среднего и пожилого возраста: региональные и индивидуальные различия.Нейроизображение. 2010; 51: 501–511. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Salat D.H., Kaye J.A., Janowsky J.S. Объемы префронтального серого и белого вещества при здоровом старении и болезни Альцгеймера. Arch. Neurol. 1999; 56: 338–344. [PubMed] [Google Scholar] Шермелле-Энгель К., Мосбруггер Х., Мюллер Х. Оценка соответствия моделей структурных уравнений: тесты значимости и описательные критерии согласия. Методы Психол. Res. 2003; 8: 23–74. [Google Scholar] Шенкин С.Д., Риверс К.С., Дири И.Дж., Starr J.M., Wardlaw J.M. Максимальный (предшествующий) размер мозга, а не атрофия, коррелирует с когнитивными функциями у пожилых людей, проживающих в сообществе: перекрестное нейровизуализационное исследование. BMC Geriatr. 2009; 9: 12. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Sluimer JD, van der Flier WM, Karas GB, Fox NC, Scheltens P., Barkhof F., Vrenken H. Частота атрофии всего мозга и снижение когнитивных функций: продольное МРТ исследование пациенты клиники памяти. Радиология. 2008; 248: 590–598. [PubMed] [Google Scholar] Staff R.T., Мюррей А.Д., Дири И.Дж., Уолли Л.Дж. Что обеспечивает мозговой резерв? Головной мозг. 2004; 127: 1191–1199. [PubMed] [Google Scholar] Стефан Б.К.М., Савва Г.М., Брейн К., Бонд Дж., МакКейт И.Г., Мэтьюз Ф.Э., MRC CFAS Оптимизация легких когнитивных нарушений для распознавания риска деменции среди пожилого населения в целом. Являюсь. J. Geriatr. Психиатрия. 2010. 18: 662–673. [PubMed] [Google Scholar] Таки Ю., Киномура С., Сато К., Гото Р., Ву К., Кавасима Р., Фукуда Х. Корреляция между объемом серого / белого вещества и познавательными функциями у здоровых пожилых людей.Brain Cogn. 2011; 75: 170–176. [PubMed] [Google Scholar] Вальдес Эрнандес М.С., Фергюсон К.Дж., Чаппелл Ф.М., Вардлоу Дж. М. Новый метод слияния мультиспектральных данных МРТ для сегментации поражения белого вещества: метод и сравнение с пороговым значением в изображениях FLAIR. Евро. Радиол. 2010; 20: 1684–1691. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Wardlaw JM, Bastin ME, Valdés Hernández MC, Muñoz Maniega S., Royle NA, Morris Z., Clayden JD, Sandeman EM, Eadie E., Murray C., Starr JM , Дорогой IJСтарение мозга, познание в молодости и старости и сосудистые заболевания в когорте Lothian Birth 1936: обоснование, дизайн и методология протокола визуализации. Intl. J. Stroke. 2011; 6: 547–559. [PubMed] [Google Scholar] Векслер Д. Психологическая корпорация; Лондон, Великобритания: 1998. WAIS-III UK Руководство по администрированию и подсчету баллов. [Google Scholar] Вольф Х., Крюггель Ф., Хенсель А., Валунд Л.-О., Арендт Т., Герц Х.-Ж. Взаимосвязь между размером головы и внутричерепным объемом у пожилых людей.Brain Res. 2003; 973: 74–80. [PubMed] [Google Scholar] Зиглер Д.А., Пигет О., Салат Д.Х., Принц К., Конналли Э., Коркин С. Познание в процессе здорового старения связано с региональной целостностью белого вещества, но не с толщиной коры. Neurobiol. Старение. 2010; 31: 1912–1926. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]Расчетный максимальный и текущий объем мозга для прогнозирования когнитивных способностей в пожилом возрасте
Нейробиол Старение. 2013 Dec; 34 (12): 2726–2733.
, a, b, c, d, ∗ , b, e , a, b, c, d , b c, d, e , e , b, e , a, b, c, d , b, f , , b, c, d , b, e и a, b, c, dНатали А.Royle
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Tom Booth
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Университета Эдинбург, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Мария К.Вальдес Эрнандес
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Сеть визуализации шотландцев , A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ларс Пенке
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Университет of Edinburgh, Edinburgh, UK
c Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Кэтрин Мюррей 900 73
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Алан Дж.Gow
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Susana Muñoz Maniega
Brain Research Центр нейровизуализации, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Шотландская сеть визуализации, платформа для научного превосходства (SINAPSE) , Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Джон Старр
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Шотландский исследовательский центр деменции при болезни Альцгеймера, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
900 72 Марк Э.Бастинa Центр визуализации мозга, Нейровизуализация, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c , Scottish Imaging Network Платформа для сотрудничества в области научного мастерства (SINAPSE), Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ян Дж.Дири
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Кафедра психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Joanna M. Wardlaw
Исследование Центр визуализации, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Scottish Imaging Network, платформа для научного мастерства (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
a Центр визуализации мозга, нейровизуальные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Center for Когнитивное старение и когнитивная эпидемиология, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c 9000 5 Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург , UK
f Alzheimer Scotland Research Center Dementia Research Center, University of Edinburgh, Edinburgh, UK
∗ Автор для корреспонденции: Brain Research Imaging Center (BRIC), Division of Neuroimaging Sciences, Western General Hospital, Crewe Road, Edinburgh, Eh5 2XU, Великобритания.Тел .: +0131 537 3669; факс: +0131 537 2661. [email protected]Получено 1 сентября 2012 г .; Пересмотрено 7 мая 2013 г .; Принято 16 мая 2013 г.
Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.Abstract
Ухудшение тканей головного мозга является важным фактором снижения когнитивных способностей в более позднем возрасте; тем не менее, в немногих исследованиях есть соответствующие данные, чтобы установить, насколько предыдущий объем мозга и предшествующие когнитивные способности влияют на эту связь.Мы исследовали связи между биомаркерами структурной визуализации мозга, включая оценку максимального объема мозга, и подробные измерения когнитивных способностей в возрасте 73 лет у большого (N = 620), в целом здорового населения, проживающего в сообществе. Данные о когнитивных способностях были доступны с 11 лет. Мы обнаружили положительные ассоциации ( r ) между общими когнитивными способностями и оценочным объемом мозга в молодости (мужчины, 0,28; женщины, 0,12), и измеренным объемом мозга в более позднем возрасте (мужчины, 0.27; самки 0,26). Наши результаты показывают, что когнитивные способности в молодости являются сильным предиктором оцененного ранее и измеренного текущего объема мозга в пожилом возрасте, но эти эффекты были одинаковыми как для белого, так и для серого вещества. Как одно из крупнейших исследований связи между объемом мозга и когнитивными способностями с нормальным старением, эта работа способствует более широкому пониманию того, как некоторые факторы раннего возраста влияют на когнитивное старение.
Ключевые слова: Старение, биомаркеры структурной визуализации мозга, объем мозга, когнитивные способности на протяжении жизни, IQ
1.Введение
По мере старения людей обычно наблюдается некоторая степень снижения средних показателей когнитивных способностей, таких как рассуждение, память, скорость обработки и пространственные способности (Ghisletta et al., 2012; Salthouse, 2010). Обзор Plassman et al. (2010) обнаружили, что, несмотря на наличие данных о других факторах, проблемы со здоровьем, отрицательный образ жизни (особенно курение) и наличие аллеля APOE -ε4 неизменно связаны с повышенным риском возрастного когнитивного снижения.
Важные факторы, не учтенные Plassman et al. (2010) — это уменьшение или изменение объема мозговой ткани. Это удивительно, поскольку больший объем мозга, оцененный с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), был связан с более высоким интеллектом, причем в исследованиях сообщалось, что ассоциации варьируются от 0,33 до 0,42 (McDaniel, 2005; Miller and Penke, 2007; Rushton and Ankney, 2009 г.). Кроме того, исследования показали, что существует прямая связь между уменьшением объема ткани мозга и снижением когнитивных функций (Sluimer et al., 2008), что уменьшение объема мозговой ткани и увеличение спинномозговой жидкости (CSF) в долгосрочном плане связаны с более низкими когнитивными функциями (Cardenas et al., 2011), и что потеря ткани ускоряется у людей с легкими когнитивными нарушениями по сравнению с нормальным снижением с возрастом (Driscoll et al., 2009).
Однако несколько факторов остаются неясными в связи между состоянием мозга и когнитивными способностями в более позднем возрасте. Во-первых, исследования были неоднозначными относительно того, является ли предшествующий максимальный размер мозга, оцененный по внутричерепному объему (ICV), или текущее состояние мозга, измеренное по текущему объему ткани, более сильным предиктором когнитивных способностей в дальнейшей жизни.Максимальный объем мозга устанавливается в позднем детстве и впоследствии широко отражается на внутреннем размере полости черепа (Wolf et al., 2003), который можно измерить с помощью ICV на структурной МРТ. Объем внутричерепной полости напрямую связан с ростом мозга в молодости, и, хотя объем мозга начинает снижаться в раннем взрослом возрасте, считается, что после этого полость черепа остается относительно стабильной (Blatter et al., 1995), что представляет собой «археологический» объект. оценка максимального размера мозга у молодежи, доступная для изучения в более старшем возрасте.Исследование, посвященное различным измерениям объема, включая ICV и общий объем мозга (TBV), в большом возрастном диапазоне (от 19 месяцев до 80 лет), показало, что ICV увеличивается с увеличением объема мозга в детстве и раннем подростковом возрасте, но между возрастами у 16 и 80 лет объем мозга значительно уменьшился (Courchesne et al., 2000), тогда как ICV не показал изменений. Следовательно, хотя объем ткани мозга уменьшается с возрастом, ICV остается примерно неизменным после того, как в молодости развитие мозга прекращается, мозг достигает своего максимального размера, а швы черепа срастаются, и, как таковые, могут рассматриваться как оценка предшествующего или максимального размера мозга.
Ряд исследований показал положительную связь между внутричерепным объемом (ICV) и когнитивными способностями в более позднем возрасте. MacLullich et al. (2002) сообщают о положительной значимой корреляции в диапазоне от 0,26 до 0,39 между ICV и несколькими индивидуальными тестами когнитивных способностей. Шенкин и др. (2009) обнаружили у 107 здоровых пожилых людей в возрасте от 75 до 81 года, что весь объем мозга составлял небольшую (<1%) вариацию общих когнитивных способностей, тогда как внутричерепная область (косвенный показатель ICV), объяснила 6 .2% дисперсии. Совсем недавно Farias et al. (2012) обнаружили, что ICV и текущие объемы мозга (то есть общий объем головного мозга, гиппокампа и поражения белого вещества) у пожилых людей были связаны с различными когнитивными доменами, но что ICV коррелировала с когнитивными переменными после того, как были учтены другие измерения объема мозга. Эти результаты показывают, что максимальный размер мозга является важным фактором в понимании когнитивных способностей в пожилом возрасте.
Возможным объяснением связи, обнаруженной между максимальным размером мозга, измеренным с помощью ICV, и когнитивными способностями в позднем возрасте может быть гипотеза пассивного мозгового резерва (Stern, 2009).Было высказано предположение, что обладание большим мозгом обеспечивает некоторую сопротивляемость нейродегенерации в более позднем возрасте, следовательно, ослабляет снижение когнитивных функций (Mori et al., 1997). Концепция пассивного мозгового резерва была предложена для объяснения индивидуальных различий в старении мозга или, более конкретно, для объяснения различных эффектов, наблюдаемых у людей, которые демонстрируют одинаковую пропорциональную степень старения мозга (Staff et al., 2004; Stern, 2009) . Возможно, положительные ассоциации между ICV и хорошей когнитивной способностью в более позднем возрасте отражают способность мозга человека противостоять нормальному процессу старения.
Несмотря на данные исследований, показывающие, что предшествующая когнитивная способность является сильнейшим предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (Deary et al., 2012), мало исследований, изучающих связь между одновременным объемом мозга и контролем когнитивных способностей. Из тех исследований, которые имели (Murray et al., 2011; Staff et al., 2004), не было найдено поддержки для прогнозирования одновременных когнитивных функций по объемам мозга при контроле предшествующих способностей.
Уменьшение объема мозговой ткани в нормальном стареющем мозге неравномерно; серое вещество может начать сокращаться в раннем взрослом возрасте и после этого следовать довольно линейной схеме, тогда как объем белого вещества, как говорят, увеличивается примерно до среднего возраста, а затем начинает уменьшаться (Ge et al., 2002; Ziegler et al., 2010). Выводы о том, что уменьшение объема префронтального белого вещества значительно превышает уменьшение объема серого вещества в пожилом возрасте, особенно в 9-м десятилетии, позволяют предположить, что белое вещество более уязвимо для нормального старения (Salat et al., 1999). Кроме того, исследования показали, что расхождение между объемными изменениями в объеме ткани серого и белого вещества отражается в ассоциациях между этими тканями и когнитивными функциями (Raz et al., 2010).
Чтобы изучить связь между размером мозга и когнитивными способностями при старении, в настоящем исследовании мы проверили, влияет ли максимальный размер мозга в молодости (по оценке ICV) и текущий объем мозговой ткани на когнитивные способности в дальнейшей жизни.Затем мы протестировали вклады как текущих когнитивных способностей, так и изменений когнитивных способностей в течение жизни в объемах белого и серого вещества по отдельности. В целом, мы стремились обеспечить тщательную оценку относительного вклада широких показателей мозга и когнитивных функций в большой однородной по возрасту выборке в целом здоровых пожилых людей.
2. Метод
2.1. Участники
Когорта по рождению в Лотиане 1936 года (LBC1936) — это лонгитюдное исследование когнитивного старения, включающее людей, которые в основном принимали участие в Шотландском психиатрическом исследовании 1947 года (SMS1947) и проживали в Эдинбурге и его окрестностях (Лотиане) в около возраста 70 лет.Протоколы набора, визуализации мозга и когнитивного тестирования для LBC1936 подробно описаны ранее (Deary et al., 2007; Wardlaw et al., 2011).
В данном исследовании используются данные второй волны тестирования, в которой 866 участников (средний возраст = 72,5 года, SD = 0,7 года) вернулись для второй волны когнитивного тестирования. Из тех, кто вернулся, 700 прошли МРТ, из которых 672 выполнили все последовательности, необходимые для измерения объемов мозга для этого исследования. Из участников 41 был исключен из-за неполных когнитивных данных (возраст 11 IQ, 36; индивидуальные когнитивные оценки при оценке в волне 2, 5), и 11 участников были исключены, так как они набрали ≤24 баллов по Краткой шкале оценки психического состояния (MMSE).Оценка ≤24 по шкале MMSE — это широко используемый клинический порог, который считается показателем возможного патологического когнитивного нарушения (Folstein et al., 1975). Окончательная выборка составила 620 взрослых (327 мужчин, 52,7%).
На основании недавних исследований (O’Bryant et al., 2008; Stephan et al., 2010) и для проверки устойчивости моделей, описанных ниже, мы также оценили все модели, используя более консервативное пороговое значение MMSE, исключая все с баллами ≤28. Это было сделано для того, чтобы на результаты не оказали чрезмерного влияния пациенты с более низкими показателями MMSE и, следовательно, потенциально также пациенты с легкими когнитивными нарушениями или ранними стадиями деменции.В этом вторичном анализе были удалены еще 83 участника (мужчины, 57 лет; женщины, 26), в результате чего была выбрана выборка из 537 человек (270 мужчин, 50,3%).
2.2. Когнитивное тестирование
Когнитивные способности в возрасте 11 лет оценивались с помощью теста Moray House № 12 (MHT), который участники принимали как часть SMS1947. MHT включает в себя ряд элементов когнитивных способностей (следование указаниям, противоположности, классификация слов, аналогии, практические задания, рассуждения, пословицы, арифметика, пространственные элементы, смешанные предложения и расшифровка шифров) и является проверенной мерой общего интеллекта ( Дири и др., 2007). Показатели МГТ в возрасте 11 лет были преобразованы в оценку типа IQ (возраст 11 IQ; среднее значение = 100, SD = 15) после учета возраста в днях, в которые проводился тест.
Познавательные способности в более позднем возрасте измерялись с помощью 6 невербальных субтестов по шкале интеллекта взрослых Векслера (WAIS-III UK , Wechsler, 1998): 2 субтеста рабочей памяти (последовательность букв и размах цифр в обратном направлении), 2 подтесты скорости обработки (поиск символа и цифровой символ) и 2 теста невербального мышления (блочный дизайн и матричное рассуждение).
2.3. Получение изображения
Структурные данные МРТ были получены с помощью клинического сканера GE Signa Horizon HDxt 1.5 T (General Electric, Милуоки, Висконсин, США) с использованием набора самозащитных градиентов с максимальной силой градиента 33 м / мкм и 8- канальная фазированная антенная решетка головки. Обследование включало осевое сканирование T2W, T2_W и FLAIR, объемную последовательность T1W с высоким разрешением, полученную в корональной плоскости, последовательности аксиального T1W-градиентного эхо-сигнала (FSPGR) с 21 и 121 углами поворота для количественного T1-картирования и 2 стандартные последовательности спинового эха, полученные с и без МТ-импульса, приложенного на 1 кГц от резонансной частоты воды для МТ-МРТ (Wardlaw et al., 2011).
2.4. Анализ изображений
Весь анализ изображений проводился обученными аналитиками, не имеющими отношения к информации об участниках.
ICV включал содержимое внутри таблицы черепа с его нижним пределом в аксиальном срезе чуть выше кончика зубчатого штифта у большого затылочного отверстия и выше нижних границ миндалин мозжечка (Wardlaw et al., 2011 ). ICV, который включает ткань головного мозга, спинномозговую жидкость (CSF), вены и твердую мозговую оболочку, был получен полуавтоматически с использованием последовательности T2 * W с инструментом Object Extraction Tool в Analyze 9.0 (Mayo Clinic, Analyze 9.0. Analyze Direct, Inc. Mayo Clinic), обеспечивающая начальную сегментацию, которая была отредактирована вручную для удаления ошибочных структур.
ЦСЖ, поражения белого вещества, а также белое и серое вещество были извлечены с помощью MCMxxxVI (Valdés Hernández et al., 2010): полуавтоматической методики мультиспектральной сегментации, в которой используется слияние цветов для улучшения дифференциации тканей и квантование с минимальной дисперсией для размывания изображения. цветовой спектр и для создания бинарных масок рассматриваемой ткани или поражения.Комбинация T2 * W и FLAIR, обозначенных красным и зеленым цветом, соответственно, использовалась для извлечения CSF (обозначено красным цветом) и поражений белого вещества (обозначено желтым). Затем маски спинномозговой жидкости вычитали из ICV, чтобы определить общий объем мозговой ткани (TBV). Тот же метод был использован для изготовления масок белого вещества, но со слиянием объемов T2W и T1W (красного и зеленого цветов соответственно). В этой комбинации цвета и последовательности здоровое белое вещество было идентифицировано в ярко-зеленом цвете, в отличие от серого вещества и поражений белого вещества.Маски серого вещества были рассчитаны путем вычитания масок белого вещества и бинарных масок поражения белого вещества из ранее созданных масок ткани мозга.
2,5. Статистический анализ
Все модели были оценены с использованием моделирования многогрупповых структурных уравнений (MG-SEM). Этот тип моделирования имеет то преимущество, что моделирует скрытые конструкции и связи между ними с учетом ошибки измерения, обеспечивая при этом формальные тесты их эквивалентности в разных группах. В результате моделирование многогрупповым структурным уравнением обеспечивает надежные оценки ассоциаций.Все модели были оценены в Mplus 6.0 (Muthen and Muthen, 2010) с использованием оценки максимального правдоподобия.
В данном исследовании мы использовали многогрупповую модель для оценки параметров для мужчин и женщин отдельно. Пол, как известно, является одним из крупнейших источников изменчивости общего размера головы и мозга, и, учитывая нашу относительно большую выборку, мы решили моделировать половые различия напрямую, а не просто включать пол в качестве ковариаты. Входными данными для всех моделей были стандартизированные остатки после регрессии и, таким образом, с учетом дисперсии, связанной с возрастом в днях.Исключением был IQ в возрасте 11 лет, который является стандартизированной по возрасту оценкой типа IQ. Несмотря на узкий возрастной диапазон текущей когорты, возраст в днях по-прежнему составлял значительную ( p < 0,05) вариацию в объеме ткани мозга, объеме белого вещества, объеме серого вещества, блочном дизайне, кодировании цифровых символов, поиске символов и т. Д. и матричное рассуждение; демонстрируя важность учета влияния возраста.
2.5.1. Спецификация модели
Во-первых, важно указать, что во всех анализах TBV, белое вещество (WM) и серое вещество (GM) были стандартизированными остатками, контролирующими ICV.В модель 1 мы включили ICV и TBV в качестве предикторов общей когнитивной способности (g), чтобы оценить степень связи между показателями максимального размера мозга, текущего состояния мозга и текущей когнитивной способности. Затем мы включили IQ в возрасте 11 лет в качестве предиктора g, чтобы оценить, остаются ли ICV и TBV значимыми предикторами текущих способностей с учетом прошлых способностей. Таким образом, мы спрашивали, предсказывают ли ICV и TBV также изменение когнитивных способностей на протяжении жизни. В модели 2 мы следуем той же последовательности анализов, но заменяем TBV объемами WM и GM, чтобы проверить, согласуются ли ассоциации с конкретными типами тканей с g как у мужчин, так и у женщин.
2.5.2. Инвариантность измерения
Перед проверкой эквивалентности параметров регрессии у мужчин и женщин, инвариантность измерений была установлена для латентных конструкций. Инвариантность измерений гарантирует, что скрытые конструкции эквивалентны для разных групп, и требуется для значимой интерпретации параметров модели в разных группах (French and Finch, 2006). Мы установили конфигурационную инвариантность (эквивалентность модели факторных нагрузок) и метрическую инвариантность (степень факторных нагрузок) как для g, так и для скорости обработки.
После того, как инвариантность измерений установлена, интересующие параметры в моделях могут быть зафиксированы на эквивалентность, и правдоподобность этого ограничения проверяется с использованием разницы в χ 2 для соответствующего числа степеней свободы.
2.5.3. Оценка модели
В SEM степень соответствия модели данным оценивается с помощью индексов соответствия модели. Мы приняли пороговые значения на основании обзора (Schermelleh-Engel et al., 2003) ≤0.05 для стандартизованного среднеквадратичного остатка (SRMR), ≤0,06 для среднеквадратичной ошибки аппроксимации (RMSEA) и ≥0,95 для индекса Такера-Льюиса (TLI) и индекса сравнительного соответствия (CFI). При установлении того, выполняются ли предположения об инвариантности измерений для латентных конструкций, мы следуем Chen (2007) и предполагаем, что изменения CFI на -0,01 или меньше в сочетании с изменениями в RMSEA ≤0,015 поддерживают инвариантность измерений.
3. Результаты
Описательная статистика представлена в.Все переменные были приблизительно нормально распределены без значений асимметрии, превышающих ± 0,90, или значений эксцесса, превышающих ± 1,17, как у мужчин, так и у женщин.
Таблица 1
Описательная статистика когнитивных способностей и переменных изображения мозга в LBC1936 (N = 620)
| Характеристика | Среднее | SD | Искривление | Мужской эксцесс | Мужской эксцесс (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Возраст (лет) | 72.47 | 72,60 | 0,70 | 0,73 | 0,10 | −0,06 | −0,84 | −0,85 | |||||||||||||||
| MMSE | 28,75 | 28,75 | 2 | 1 | 0,25 | 1,18 | |||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 11 лет | |||||||||||||||||||||||
| .72 | 102,98 | 16,17 | 13,39 | −0,90 | −0,67 | 1,12 | 0,49 | ||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Размах цифр назад | 7,85 | 8,04 | 2,27 | 2,24 | 0,34 | 0,30 | −0,03 | −0,30 | |||||||||||||||
| Блочная конструкция | 9632,93 | 10,53 | 8,85 | 0,28 | 0,56 | −0,28 | 0,76 | ||||||||||||||||
| Буквенно-числовой упорядочение | 11,07 | 0,4811,07 | 0,32 | 0,51 | |||||||||||||||||||
| Матричные рассуждения | 14,09 | 13,00 | 4,82 | 4,75 | −0,19 | −0,03 | −0.89 | −0,90 | |||||||||||||||
| Кодирование цифровых символов | 54,78 | 58,95 | 12,17 | 11,27 | 0,19 | 0,22 | −0,36 | 6,23 | 5,69 | −0,31 | −0,16 | 0,55 | 0,93 | ||||||||||
| Расчетный объем мозга в детстве | см 3 ) | 1536.93 | 1355,39 | 113,20 | 101,08 | 0,25 | 0,28 | −0,15 | −0,13 | ||||||||||||||
| Объем мозга возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Общий объем мозговой ткани (см 3 ) | 1175,08 | 1070,08 | 100,03 | 83,70 | 0,16 | 0,14 | −0.07 | −0,18 | |||||||||||||||
| Объем белого вещества (см 3 ) | 522,22 | 468,04 | 84,87 | 68,89 | 0,46 | 0,17 | 9038 9038 серый объем | 0,20 см 3 ) | 521,59 | 476,49 | 71,80 | 62,36 | 0,14 | 0,01 | 1,17 | −0,13 | |||||||
без корректировки.Значимые положительные корреляции между тестами когнитивных способностей у мужчин (r = 0,29–0,65) и женщин (r = 0,20–0,58) подтверждают моделирование фактора скрытых когнитивных способностей, g. Были выявлены повсеместно положительные корреляции между тестами когнитивных способностей и общим объемом ткани головного мозга (мужчины r = 0,18–0,34; женщины r = 0,10–0,25) и белого (мужчины r = 0,13–0,26; женщины r = 0,04–0,18) и серого вещества. (самцы r = 0,04–0,26; самки r = 0,01–0,13) объемов. Возраст показал несколько значимых ассоциаций как с когнитивными переменными, так и с переменными объема мозга у мужчин (r = -0.18–0,13) и женщин (r = –0,23–0,11), что подтверждает его включение в качестве ковариаты, несмотря на узкий возрастной диапазон в этой когорте.
Таблица 2
Корреляции Пирсона между независимыми, зависимыми и ковариатными переменными
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8352 | 9 | 9 10 | 11 | 12 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.Возраст | — | −0,14 ∗ | −0,05 | −0,03 | −0,02 | 0,05 | −0,17 ∗∗ | −0,14 ∗ 9000 −4| −0,14 ∗ 9000 −4 | | ∗ −0,23 † | 0,11 | ||
| 2. IQ 11 лет | −0,04 | — | 0,44 † | 0,40 † | † | 0,40 † | † † | 0.35 † | 0,35 † | 0,12 ∗ | 0,11 | 0,11 | −0,01 |
| 3. Конструкция блока | −0,18 ∗8 0,48 — | 0,53 † | 0,29 † | 0,31 † | 0,38 † | 0,42 † | 0,19 ∗ | 0,19 ∗ | 0389 0385 15 ∗∗ | 0,07 | |||
| 4. Матричное обоснование | −0,12 ∗ | 0,41 † | 0,49 † | — | 0,33 9000 0,39 | 0,28 † | 0,24 † | 0,09 | 0,14 ∗ | 0,14 ∗ | 0,01 | ||
| 5. Размах цифр назад | ,1133 †0,29 † | 0,35 † | — | 0,47 † | 0,20 † | 0,1889 ∗ 0,07389 0,0389 0,038 ∗ | 0,0389 0,0389 | ||||||
| 6. Последовательность букв и цифр | −0,11 | 0,39 † | 0,33 † | 0,38 † | 0,56 † | — | .27 †0,21 † | 0,07 | 0,10 | 0,08 | 0,04 | ||
| 7. Цифр. | 0,43 † | 0,38 † | 0,51 † | — | 0,58 † | 0,11 | 0,22 †005 | 0,13 †00 | 0,13 13 ∗∗ | ||||
| 8. Поиск по символам | −0,13 ∗ | 0,41 † | 0,48 † | 0,42 † | 0,3788 † | 0,3788 †84 | 0,65 † | — | 0,06 | 0,17 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,04 | |
| 9. ICV | −0,01 | 17 ∗∗0,11 ∗ | 0,14 ∗∗ | 0,11 | 0,21 † | 0,26 † | — | 0,8381 0,42 † | |||||
| 10. Объем мозга | −0,13 ∗ | 0,26 † | 0,25 † | 0,18 ∗∗ | 0,23 ∗∗ | 0,23 2 † | 0,33 † | 0,34 † | 0,82 † | — | 0,58 † | 0,52 † | 0,18 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,13 ∗ | 0,19 ∗∗ | 0,24 † | 0,24 † | 0,2685898989 0.51 † | 0,61 † | — | -0,07 |
| 12. Объем GM | 0,13 ∗ | 0,11 ∗ | 00 0,140,0389 0,0389 | 0,04 | 0,18 ∗∗ | 0,26 † | 0,36 † | 0,48 † | −0,09 | — |
Общий объем мозга и объем белого вещества имеют несколько умеренно значимых ассоциаций с индивидуальными подтестами когнитивных способностей как у мужчин, так и у женщин, тогда как ассоциации с объемом серого вещества в основном невелики и несущественны. Однако корреляции, представленные в, являются необработанными корреляциями, не скорректированными на ICV и возраст, и, как таковые, в некоторой степени отличаются от оценок, представленных в окончательных моделях.
Наконец, также представлены оценки связи между ICV и параллельным объемом мозга, которые сильно коррелируют как у мужчин, так и у женщин (0,82, p <0,001 и 0,83, p <0,001, соответственно). Серое вещество демонстрирует более слабые ассоциации как с ICV, чем с белым веществом, у мужчин (ICV, 0,36 против 0,51) и женщин (ICV, 0,42 против 0,51).
Перед тестированием основных моделей мы сначала установили инвариантность измерения в модели измерения g для мужчин и женщин.Модель показала отличное соответствие данным (χ 2 = 22,73 (12), p <0,05; CFI = 0,99; TLI = 0,97; RMSEA = 0,054; SRMR = 0,023), а разница в модели соответствовала модели конфигурационной и метрической инвариантности попали в предложенный диапазон соответствия модели (Δχ 2 = 7,21 (5), p > 0,05; ΔCFI = 0,00; ΔRMSEA = -0,004). Таким образом, модель измерения считалась инвариантной по полу на метрическом уровне, при этом все последующие модели выполнялись с учетом ограничений инвариантности.
Модели 1 и 2 показали отличное соответствие данным (окончательные результаты см. В разделе). Когда все пути в окончательных моделях были последовательно ограничены эквивалентностью для мужчин и женщин, никакие различия χ 2 не достигли статистической значимости (Δχ 2 ≥ 3,84, p < 0,05). Следовательно, в текущей выборке не было значительных различий в величине оценок параметров в мужской и женской моделях.
Структурная схема для моделей 1 и 2.Все переменные являются остатками, учитывающими возраст. Все значения представляют собой стандартизированные оценки параметров. Оценки берутся из окончательных моделей с параметрами, ограниченными по группам. Оценки параметров представлены отдельно для мужчин (вверху) и женщин (внизу). Примечание: никаких различий между мужскими и женскими моделями не было. Все значения значимы как минимум p <0,05. Модель подходит для модели 1 (χ 2 = 59,59 (53), p = 0,25; CFI = 1,00; TLI = 0.99; RMSEA = 0,020; SRMR = 0,034) и модель 2 (χ 2 = 88,42 (64), p <0,05; CFI = 0,98; TLI = 0,98; RMSEA = 0,035; SRMR = 0,036) были отличными. Сокращения: БД - блочная конструкция; DB, диапазон цифр назад; DS - кодирование символов цифр; GM - объем серого вещества; ICV - внутричерепной объем; LN, буквенно-цифровая последовательность; MHT, возраст 11 лет, MHT IQ; MR, матричное рассуждение; SS, поиск символа; TBV - общий объем мозга; WM, объем белого вещества.
Для модели 1 мы сначала протестировали модель, включающую только ICV и TBV, но не предшествующие когнитивные способности.И ICV, и TBV были значимыми предикторами текущей когнитивной способности как у мужчин (ICV = 0,19, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001), так и у женщин (ICV = 0,21, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001). Комбинированные ICV и TBV составляли примерно 14% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Затем мы включили предшествующие способности (MHT) в качестве предиктора текущего уровня способностей (A). Предыдущие способности были самым сильным предиктором текущих способностей (мужчины, 0.61, p < 0,001; женщины, 0,64, p < 0,001). ICV и TBV оставались значимыми предикторами текущих когнитивных способностей; однако величина ассоциации с ICV снизилась до 0,08 ( p < 0,05). В целом, MHT, ICV и TBV составляли примерно 52% дисперсии когнитивных способностей в более позднем возрасте.
Точно так же для модели 2 мы сначала протестировали модель, исключая предыдущие способности. В этой модели ICV (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0.23, p < 0,001), WM (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0,21, p < 0,001) и GM (мужчины, 0,18, p < 0,001; женщины, 0,18, p < 0,001) были значимыми предикторами текущих когнитивных способностей, составляющих в совокупности 11% дисперсии когнитивных способностей. С учетом предшествующей способности (B) величина ассоциации с ICV снизилась (мужчины, 0,10, p < 0,05; женщины, 0,11, p < 0,05), но оставались значимыми.Величины ассоциаций с WM и GM были примерно равны. В целом, в модели 2 на MHT, ICV, GM и WM приходилось примерно 48% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Не было существенных различий ни в модели 1, ни в модели 2, когда модели были переоценены с использованием подвыборки участников, набравших ≥28 баллов по MMSE (n = 537). Пути регрессии ICV к g в модели 1 не смогли достичь значимости в сокращенной выборке, но оценки параметров были идентичны во втором десятичном разряде, что указывает на отсутствие значимости из-за уменьшения мощности с размером выборки.
3.1. Стабильность ICV на протяжении всей жизни
Модели, рассмотренные выше, предполагают, что стабильность максимального размера мозга ICV достигается в молодом возрасте. Чтобы подтвердить это предположение, мы представляем данные из свободно доступного набора данных МРТ (http://www.oasis-brains.org) 416 здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 96 лет. Во-первых, ICV и TBV достоверно коррелируют в молодом возрасте (18–28 лет; r = 0,85, n = 135, p = 0,00), показывая, что ICV является хорошим маркером индивидуальных различий TBV у молодых людей.Как показано на, при группировке по десятилетию, среднее значение ICV отличается между самой молодой (18–28 лет) и самой старшей группой (84–96 лет) на 65 см 3 , что меньше стандартного отклонения 158 см 3 измерено по всей выборке (возраст 18–96 лет). Среднее процентное значение TBV, выраженное в процентах от ICV, показывает снижение на 14,1% между самой молодой (84,7%) и самой старшей группами (70,6%), где стандартное отклонение для всей группы составляет 6%.
Таблица 3
Средний расчетный внутричерепной объем (eTIV) и процент от общего объема мозга eTIV (TBV), сгруппированные по десятилетиям, во всем наборе данных и разбитые по полу
| Возрастная группа (y) | n | Мужчина / женщина | Возраст, y, среднее (СО) | eTIV (cm 3 ), среднее (SD) | TBV, (% eTIV) среднее (SD) |
|---|---|---|---|---|---|
| 18–28 | 135 | 59/76 | 22.07 (2,58) | 1515 (150) | 84,7 (1,9) |
| 29–39 | 19 | 13/6 | 32,68 (3,35) | 1511 (133) | 83,1 (2,0) |
| 40–50 | 36 | 12/24 | 46,19 (2,97) | 1446 (164) | 82,1 (2,3) |
| 51–61 | 33 | 10/23 | (3,11) | 1462 (161) | 81,0 (2,2) |
| 62–72 | 63 | 23/40 | 68.27 (3,08) | 1449 (138) | 75,8 (4,2) |
| 73–83 | 90 | 29/61 | 77,68 (3,32) | 1478 (182) | 73,2 (3,2) |
| 84–96 | 40 | 14/26 | 88,03 (3,01) | 1450 (149) | 70,6 (3,4) |
участков ICV (A) и TBV (B) по возрасту для вся выборка, самцы и самки. Во всех случаях ICV остается в целом стабильным в зависимости от возраста, тогда как TBV снижается с возрастом примерно одинаково во всей выборке, как у мужчин, так и у женщин.
График, отображающий стабильность ICV от молодости к старости (A) и снижение процента ткани мозга в ICV от молодости до старости (B). Данные (N = 416) были взяты из базы данных изображений с открытым исходным кодом (http://www.oasis-brains.org). Данные нанесены на график для всей выборки и отдельно для мужчин и женщин.
4. Обсуждение
Текущие результаты показывают, что когнитивные способности в возрасте 73 лет частично зависят от предшествующих когнитивных способностей, предшествующего или максимального размера мозга и текущего объема мозговой ткани.Исследование также показало, что в целом наблюдались сходные, умеренные поперечные связи между размером мозга и когнитивными способностями в детстве и пожилом возрасте, хотя для определения размера мозга в юности приходилось использовать оценку (ICV).
Во всех моделях текущий объем мозговой ткани был более сильным предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (как с учетом прошлых способностей, так и без них), чем ICV, повторяя результаты нескольких прошлых исследований (Cardenas et al., 2011; Sluimer et al. , 2008). Однако важно отметить, что небольшое, но значительное влияние ICV на когнитивные способности в более позднем возрасте сохранилось в обеих моделях.Величина этих ассоциаций существенно не различалась у мужчин и женщин. Учитывая текущий размер выборки, мы считаем эти ассоциации точными и надежными. Таким образом, текущее исследование подтверждает лишь очень скромную связь максимального размера мозга с когнитивными способностями в пожилом возрасте. Несмотря на то, что эта связь является слабой, она демонстрирует некоторую поддержку гипотезы пассивного мозгового резерва, которая предполагает, что более крупный мозг может выдержать большее количество травм до появления клинических или когнитивных нарушений (Stern, 2009), хотя и устанавливает существенную или практическую важность этой связи. между ICV и когнитивными способностями в дальнейшей жизни сложно.
Большое количество исследований касалось того, имеет ли ухудшение состояния серого или белого вещества большее влияние на когнитивное старение (Taki et al., 2011; Ziegler et al., 2010), с неоднозначными результатами. В текущем исследовании влияние объема белого и серого вещества на g было в значительной степени одинаковым и сохранялось как у мужчин, так и у женщин, что предполагает сопоставимое влияние на когнитивные способности в дальнейшей жизни. Однако, как было отмечено ранее (Ziegler et al., 2010), ухудшение состояния серого и белого вещества может локализоваться в разных областях мозга и, следовательно, может по-разному влиять на познание.Таким образом, хотя ассоциации могут быть сопоставимы для объемов всего мозга как серого, так и белого вещества, функциональный эффект может быть дифференцированным из-за их роли в основных нейронных сетях.
Как отмечалось ранее, простой корреляционный анализ в текущем исследовании предоставил ряд важных оценок для исследовательской литературы как по размеру мозга и когнитивным функциям, так и по ICV и текущему состоянию мозга у стареющих людей. В частности, мы обнаружили положительную связь между объемом мозга и познанием как у молодежи (мужчины, 0.28; женщины, 0,12), где ICV в пожилом возрасте использовался как индикатор размера мозга в молодости и в более позднем возрасте (мужчины, 0,27; женщины, 0,26). Эти результаты полностью согласуются с предыдущим метаанализом Макдэниела (2005) и литературными обзорами Раштона и Анкни (2009) и Миллера и Пенке (2007). Наши результаты вносят значительный вклад в эту литературу, поскольку наша единичная выборка (N = 620, полная выборка; n = 537, MMSE ≥28) составляет примерно 40–45% от общей выборки, указанной в этих количественных обзорах.Более того, эта выборка дает оценки размеров этих эффектов на протяжении 60 лет жизни одних и тех же субъектов.
У исследования есть несколько сильных сторон. Редко можно получить доступ к оценкам когнитивных способностей от молодежи в более старшем возрасте. Выборка большая и однородная по возрастному диапазону участников. Таким образом, наш анализ приобретает статистическую силу и естественным образом контролирует смешивающий эффект хронологического возраста (Hofer et al., 2006). Дополнительным преимуществом нашей большой выборки была возможность надежно оценивать модели у мужчин и женщин независимо, а не просто включать пол в качестве ковариаты в статистический анализ.Учитывая большой набор хорошо проверенных когнитивных тестов, проводимых в пожилом возрасте, и большой размер выборки, мы смогли оценить все модели с помощью SEM, что позволило получить надежные оценки конструкций скрытых когнитивных способностей, которые явно учитывают ошибку измерения, и позволяя одновременно оценка всех основных и ковариантных параметров.
Возможным ограничением данного исследования было предположение, что ICV остается статичным после достижения максимального размера мозга в молодости.Хотя проверить это предположение на наших первичных данных не удалось, доступны вторичные данные, которые подтверждают это предположение. В частности, анализ данных МРТ головного мозга в открытом доступе показал, что ICV остается в целом стабильным на протяжении всей взрослой жизни в объединенной выборке из поперечных исследований, тогда как доля ткани мозга в процентах от ICV снижается с возрастом. Однако, хотя представленные данные поперечного сечения подтверждают наше предположение, для полного подтверждения потребуется продольная визуализация от юности до пожилого возраста, данные, которые, насколько известно авторам, в настоящее время недоступны.
Еще одна проблема, связанная со стабильностью ICV на протяжении всей жизни, заключается в том, что потенциальное влияние возрастных изменений черепа, таких как утолщение внутренней поверхности черепа (May et al., 2010), может привести к заниженной оценке мозга. изменяется, когда ICV используется в качестве меры преморбидного объема мозга, особенно потому, что утолщение черепа на внутреннем столе, как известно, больше влияет на женщин, чем на мужчин. Однако на данный момент нет надежных методов оценки ICV, учитывающих эффект утолщения внутренней части черепа.Таким образом, мы признаем возможность предвзятости из-за таких эффектов, но мы не можем внести какие-либо разумные корректировки в текущие результаты.
В будущих исследованиях мы стремимся изучить процесс старения более подробно, используя многократные измерения широких и конкретных когнитивных функций и параметров мозга. В текущем исследовании наша оценка когнитивных способностей в детстве представляла собой общий показатель IQ, и поэтому мы уделяли особое внимание общим когнитивным способностям (g) в дальнейшей жизни как главному результату.Тем не менее, мы признаем, что когнитивные способности, как известно, состоят из нескольких различных областей, и будущие исследования с дополнительными продольными данными, которые в настоящее время недоступны, смогут рассмотреть связи между этими областями и продольно измеряемой атрофией мозга.
Настоящее исследование дает ряд важных выводов относительно связи между статусом мозга и когнитивными способностями в пожилом возрасте. Во-первых, как предыдущий, так и текущий размер мозга являются важными предикторами текущих когнитивных способностей, помимо влияния предшествующих когнитивных способностей.Во-вторых, эффекты были очень похожи для белого и серого вещества. Эти выводы верны как для мужчин, так и для женщин.
Заявление о раскрытии информации
Авторы заявляют, что у них нет фактических или потенциальных конфликтов интересов в отношении этой работы.
Благодарности
Мы благодарим участников LBC1936; Джени Корли, Кэролайн Бретт, Мишель Тейлор и Кэролайн Кэмерон за сбор данных; секретарь исследования LBC1936 Паула Дэвис; медсестры, рентгенологи и другой персонал Центра клинических исследований Wellcome Trust, Эдинбург (http: // www.wtcrf.ed.ac.uk) и Центр визуализации мозга при Эдинбургском университете (http://www.bric.ed.ac.uk). Эта работа была поддержана грантом программы Research Into Aging (IJD и JMS) и проектом Disconnected Mind, финансируемым Age UK (http://www.disconnectedmind.ed.ac.uk; IJD, JMS и JMW), с дополнительное финансирование от Совета по медицинским исследованиям (IJD, JMS, JMW и MEB). J.M.W. поддерживается Шотландским финансовым советом в рамках сотрудничества SINAPSE (http: // www.sinapse.ac.uk). Визуализация была выполнена в Центре визуализации мозга при Эдинбургском университете, в центре сотрудничества SINAPSE. Текущий анализ был проведен в Центре когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Эдинбургского университета (http://www.ccace.ed.ac.uk), который является частью Межсоветной инициативы «Здоровье и благополучие на протяжении всей жизни» (G0700704 / 84698). Благодарим за финансирование со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук, Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук, Совета по экономическим и социальным исследованиям и Совета по медицинским исследованиям.Мы благодарим OASIS за данные поперечного сечения, использованные в этой статье; P50 AG05681, P01 AG03991, R01 AG021910, P50 MH071616, U24 RR021382, R01 MH56584.
Сноски
N.A.R., T.B., I.J.D. и J.M.W. внес равный вклад в эту работу.
Ссылки
Блаттер Д.Д., Биглер Е.Д., Гейл С.Д., Джонсон С.С., Андерсон С.В., Бернетт Б.М., Паркер Н., Курт С., Хорн С.Д. Количественный объемный анализ МРТ головного мозга: нормативная база данных за 5 десятилетий жизни. Являюсь. J. Neuroradiol.1995; 16: 241–251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] О’Брайант С.Э., Хамфрис Дж. Д., Смит Г. Е., Ивник Р. Дж., Графф-Рэдфорд Н. Р., Петерсон Р. С., Лукас Дж. А. Выявление слабоумия с помощью Краткого исследования психического состояния у высокообразованных лиц. Arch. Neurol. 2008; 65: 963–967. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Карденас В.А., Чао Л.Л., Студхолм К., Яффе К., Миллер Б.Л., Мэдисон С., Бакли С.Т., Мунгас Д., Шафф Н., Вайнер М.В. Атрофия мозга, связанная с базовые и продольные измерения познания.Neurobiol. Старение. 2011; 32: 572–580. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Chen F.F. Чувствительность показателей согласия к отсутствию инвариантности измерений. Struct. Equat. Модель. 2007; 14: 464–504. [Google Scholar] Courchesne E., Chisum H.J., Townsend J., Cowles A., Covington J., Egaas B., Harwood M., Hinds S., Press G.A. Нормальное развитие мозга и старение: количественный анализ при МРТ in vivo у здоровых добровольцев. Радиология. 2000. 216: 672–682. [PubMed] [Google Scholar] Уважаемый И.Дж., Гоу А.J., Taylor MD, Corley J., Brett C., Wilson V., Campbell H., Whalley LJ, Visscher PM, Porteous DJ, Starr JM Когорта Lothian по рождению 1936 г .: исследование для изучения влияния на когнитивное старение с 11 лет. до 70 лет и старше. BMC Geriatr. 2007; 7: 28. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Дири Ай Джей, Ян Дж., Дэвис Г., Харрис С. Е., Тенеса А., Ливальд Д., Лучано М., Лопес Л. М., Гоу А. Дж., Корли Дж., Редмонд П. ., Fox HC, Rowe SJ, Haggerty P., McNeill G., Goddard ME, Porteous DJ, Whalley L.J., Starr J.M., Vizzcher P.M. Генетический вклад в стабильность и изменение интеллекта от детства до старости. Природа. 2012; 482: 212–215. [PubMed] [Google Scholar] Дрисколл И., Давацикос К., Ан Й., Ву Х., Шен Д., Краут М., Резник С.М. Продольный характер изменения регионального объема головного мозга отличает нормальное старение от MCI. Неврология. 2009; 72: 1906–1913. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фариас С.Т., Мунгас Д., Рид Б., Кармайкл О., Беккет Л., Харви Д., Олични Дж., Симмонс А., ДеКарли С. Максимальный размер мозга остается важным показателем когнитивных функций в пожилом возрасте, независимо от текущей патологии головного мозга. Neurobiol. Старение. 2012; 33: 1758–1768. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фолштейн М.Ф., Фолштейн С.Э., МакХью П.Р. Мини-психическое состояние. Практический метод оценки когнитивного состояния пациентов для клиницистов. J. Psychiatry Res. 1975. 12: 189–198. [PubMed] [Google Scholar] French B.F., Finch W.H. Подтверждающие факторные аналитические процедуры для определения инвариантности измерений.Struct. Equat. Модель. 2006; 13: 378–402. [Google Scholar] Ge Y., Grossman R.I., Babb J.S., Rabin M.L., Mannon L.J., Kolson D.L. Связанные с возрастом изменения общего серого и белого вещества в нормальном мозге взрослого человека. Часть I: объемный анализ МРТ. Являюсь. J. Neuroradiol. 2002; 23: 1327–1333. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Гислетта П., Рэббитт П., Ланн М., Линденбергер У. Две трети возрастных изменений жидкого и кристаллизованного интеллекта, скорости восприятия и памяти во взрослом возрасте являются общими .Интеллект. 2012; 40: 260–269. [Google Scholar] Хофер С.М., Флаэрти Б.П., Хоффман Л. Поперечный анализ данных, зависящих от времени: ассоциация, вызванная средним значением в неоднородных по возрасту выборках, и альтернативный метод, основанный на последовательных выборках узких возрастных когорт. Мультивар. Behav. Res. 2006. 41: 165–187. [PubMed] [Google Scholar] МакЛаллич А.М., Фергюсон К.Дж., Дири И.Дж., Секл Дж.Неврология. 2002; 59: 169–174. [PubMed] [Google Scholar] Мэй Х., Пелед Н., Дар Дж., Аббас Дж., Медлей Б., Машарави Ю., Гершковиц И. Внутренний гиперостоз фронтальной мышцы и подавление андрогенов. Анат. Рек. 2010; 239: 1333–1336. [PubMed] [Google Scholar] МакДэниел М.А. Люди с большим мозгом умнее: метаанализ взаимосвязи между объемом мозга in vivo и интеллектом. Интеллект. 2005. 33: 337–346. [Google Scholar] Миллер Г.Ф., Пенке Л. Эволюция человеческого интеллекта и коэффициент аддитивной генетической изменчивости в размере человеческого мозга.Интеллект. 2007. 32: 97–114. [Google Scholar] Мори Э., Хироно Н., Ямасита Х., Имамура Т., Икеджири Ю., Икеда М., Китагаки Х., Шимомура Т., Йонеда Ю. Размер мозга преморбидного типа как определяющий фактор резервной способности в отношении интеллектуального снижение заболеваемости болезнью Альцгеймера. Являюсь. J. Психиатрия. 1997. 154: 18–24. [PubMed] [Google Scholar] Мюррей А.Д., Стафф Р.Т., Макнил С.Дж., Саларирад С., Ахерн Т.С., Мустафа Н., Уолли Л.Дж. Баланс между когнитивным резервом и биомаркерами цереброваскулярных заболеваний и болезней Альцгеймера при визуализации мозга.Головной мозг. 2011; 134: 3687–3696. [PubMed] [Google Scholar] Мутен Л.К., Мутен Б.О. шестое изд. Muthen & Muthen; Лос-Анджелес, Калифорния: 2010. Руководство пользователя Mplus. [Google Scholar] Плассман Б.Л., Уильямс Дж. У., Берк Дж. Р., Холсингер Т., Бенджамин С. Систематический обзор: факторы, связанные с риском и возможное предотвращение когнитивного снижения в более позднем возрасте. Аня. Междунар. Med. 2010. 153: 182–193. [PubMed] [Google Scholar] Раз Н., Гислетта П., Родриг К. М., Кеннеди К. М., Линденбергер Ю. Траектории старения мозга у людей среднего и пожилого возраста: региональные и индивидуальные различия.Нейроизображение. 2010; 51: 501–511. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Salat D.H., Kaye J.A., Janowsky J.S. Объемы префронтального серого и белого вещества при здоровом старении и болезни Альцгеймера. Arch. Neurol. 1999; 56: 338–344. [PubMed] [Google Scholar] Шермелле-Энгель К., Мосбруггер Х., Мюллер Х. Оценка соответствия моделей структурных уравнений: тесты значимости и описательные критерии согласия. Методы Психол. Res. 2003; 8: 23–74. [Google Scholar] Шенкин С.Д., Риверс К.С., Дири И.Дж., Starr J.M., Wardlaw J.M. Максимальный (предшествующий) размер мозга, а не атрофия, коррелирует с когнитивными функциями у пожилых людей, проживающих в сообществе: перекрестное нейровизуализационное исследование. BMC Geriatr. 2009; 9: 12. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Sluimer JD, van der Flier WM, Karas GB, Fox NC, Scheltens P., Barkhof F., Vrenken H. Частота атрофии всего мозга и снижение когнитивных функций: продольное МРТ исследование пациенты клиники памяти. Радиология. 2008; 248: 590–598. [PubMed] [Google Scholar] Staff R.T., Мюррей А.Д., Дири И.Дж., Уолли Л.Дж. Что обеспечивает мозговой резерв? Головной мозг. 2004; 127: 1191–1199. [PubMed] [Google Scholar] Стефан Б.К.М., Савва Г.М., Брейн К., Бонд Дж., МакКейт И.Г., Мэтьюз Ф.Э., MRC CFAS Оптимизация легких когнитивных нарушений для распознавания риска деменции среди пожилого населения в целом. Являюсь. J. Geriatr. Психиатрия. 2010. 18: 662–673. [PubMed] [Google Scholar] Таки Ю., Киномура С., Сато К., Гото Р., Ву К., Кавасима Р., Фукуда Х. Корреляция между объемом серого / белого вещества и познавательными функциями у здоровых пожилых людей.Brain Cogn. 2011; 75: 170–176. [PubMed] [Google Scholar] Вальдес Эрнандес М.С., Фергюсон К.Дж., Чаппелл Ф.М., Вардлоу Дж. М. Новый метод слияния мультиспектральных данных МРТ для сегментации поражения белого вещества: метод и сравнение с пороговым значением в изображениях FLAIR. Евро. Радиол. 2010; 20: 1684–1691. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Wardlaw JM, Bastin ME, Valdés Hernández MC, Muñoz Maniega S., Royle NA, Morris Z., Clayden JD, Sandeman EM, Eadie E., Murray C., Starr JM , Дорогой IJСтарение мозга, познание в молодости и старости и сосудистые заболевания в когорте Lothian Birth 1936: обоснование, дизайн и методология протокола визуализации. Intl. J. Stroke. 2011; 6: 547–559. [PubMed] [Google Scholar] Векслер Д. Психологическая корпорация; Лондон, Великобритания: 1998. WAIS-III UK Руководство по администрированию и подсчету баллов. [Google Scholar] Вольф Х., Крюггель Ф., Хенсель А., Валунд Л.-О., Арендт Т., Герц Х.-Ж. Взаимосвязь между размером головы и внутричерепным объемом у пожилых людей.Brain Res. 2003; 973: 74–80. [PubMed] [Google Scholar] Зиглер Д.А., Пигет О., Салат Д.Х., Принц К., Конналли Э., Коркин С. Познание в процессе здорового старения связано с региональной целостностью белого вещества, но не с толщиной коры. Neurobiol. Старение. 2010; 31: 1912–1926. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]Расчетный максимальный и текущий объем мозга для прогнозирования когнитивных способностей в пожилом возрасте
Нейробиол Старение. 2013 Dec; 34 (12): 2726–2733.
, a, b, c, d, ∗ , b, e , a, b, c, d , b c, d, e , e , b, e , a, b, c, d , b, f , , b, c, d , b, e и a, b, c, dНатали А.Royle
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Tom Booth
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Университета Эдинбург, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Мария К.Вальдес Эрнандес
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Сеть визуализации шотландцев , A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ларс Пенке
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Университет of Edinburgh, Edinburgh, UK
c Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Кэтрин Мюррей 900 73
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Алан Дж.Gow
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Susana Muñoz Maniega
Brain Research Центр нейровизуализации, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Шотландская сеть визуализации, платформа для научного превосходства (SINAPSE) , Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Джон Старр
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Шотландский исследовательский центр деменции при болезни Альцгеймера, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
900 72 Марк Э.Бастинa Центр визуализации мозга, Нейровизуализация, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c , Scottish Imaging Network Платформа для сотрудничества в области научного мастерства (SINAPSE), Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ян Дж.Дири
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Кафедра психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Joanna M. Wardlaw
Исследование Центр визуализации, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Scottish Imaging Network, платформа для научного мастерства (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
a Центр визуализации мозга, нейровизуальные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Center for Когнитивное старение и когнитивная эпидемиология, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c 9000 5 Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург , UK
f Alzheimer Scotland Research Center Dementia Research Center, University of Edinburgh, Edinburgh, UK
∗ Автор для корреспонденции: Brain Research Imaging Center (BRIC), Division of Neuroimaging Sciences, Western General Hospital, Crewe Road, Edinburgh, Eh5 2XU, Великобритания.Тел .: +0131 537 3669; факс: +0131 537 2661. [email protected]Получено 1 сентября 2012 г .; Пересмотрено 7 мая 2013 г .; Принято 16 мая 2013 г.
Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.Abstract
Ухудшение тканей головного мозга является важным фактором снижения когнитивных способностей в более позднем возрасте; тем не менее, в немногих исследованиях есть соответствующие данные, чтобы установить, насколько предыдущий объем мозга и предшествующие когнитивные способности влияют на эту связь.Мы исследовали связи между биомаркерами структурной визуализации мозга, включая оценку максимального объема мозга, и подробные измерения когнитивных способностей в возрасте 73 лет у большого (N = 620), в целом здорового населения, проживающего в сообществе. Данные о когнитивных способностях были доступны с 11 лет. Мы обнаружили положительные ассоциации ( r ) между общими когнитивными способностями и оценочным объемом мозга в молодости (мужчины, 0,28; женщины, 0,12), и измеренным объемом мозга в более позднем возрасте (мужчины, 0.27; самки 0,26). Наши результаты показывают, что когнитивные способности в молодости являются сильным предиктором оцененного ранее и измеренного текущего объема мозга в пожилом возрасте, но эти эффекты были одинаковыми как для белого, так и для серого вещества. Как одно из крупнейших исследований связи между объемом мозга и когнитивными способностями с нормальным старением, эта работа способствует более широкому пониманию того, как некоторые факторы раннего возраста влияют на когнитивное старение.
Ключевые слова: Старение, биомаркеры структурной визуализации мозга, объем мозга, когнитивные способности на протяжении жизни, IQ
1.Введение
По мере старения людей обычно наблюдается некоторая степень снижения средних показателей когнитивных способностей, таких как рассуждение, память, скорость обработки и пространственные способности (Ghisletta et al., 2012; Salthouse, 2010). Обзор Plassman et al. (2010) обнаружили, что, несмотря на наличие данных о других факторах, проблемы со здоровьем, отрицательный образ жизни (особенно курение) и наличие аллеля APOE -ε4 неизменно связаны с повышенным риском возрастного когнитивного снижения.
Важные факторы, не учтенные Plassman et al. (2010) — это уменьшение или изменение объема мозговой ткани. Это удивительно, поскольку больший объем мозга, оцененный с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), был связан с более высоким интеллектом, причем в исследованиях сообщалось, что ассоциации варьируются от 0,33 до 0,42 (McDaniel, 2005; Miller and Penke, 2007; Rushton and Ankney, 2009 г.). Кроме того, исследования показали, что существует прямая связь между уменьшением объема ткани мозга и снижением когнитивных функций (Sluimer et al., 2008), что уменьшение объема мозговой ткани и увеличение спинномозговой жидкости (CSF) в долгосрочном плане связаны с более низкими когнитивными функциями (Cardenas et al., 2011), и что потеря ткани ускоряется у людей с легкими когнитивными нарушениями по сравнению с нормальным снижением с возрастом (Driscoll et al., 2009).
Однако несколько факторов остаются неясными в связи между состоянием мозга и когнитивными способностями в более позднем возрасте. Во-первых, исследования были неоднозначными относительно того, является ли предшествующий максимальный размер мозга, оцененный по внутричерепному объему (ICV), или текущее состояние мозга, измеренное по текущему объему ткани, более сильным предиктором когнитивных способностей в дальнейшей жизни.Максимальный объем мозга устанавливается в позднем детстве и впоследствии широко отражается на внутреннем размере полости черепа (Wolf et al., 2003), который можно измерить с помощью ICV на структурной МРТ. Объем внутричерепной полости напрямую связан с ростом мозга в молодости, и, хотя объем мозга начинает снижаться в раннем взрослом возрасте, считается, что после этого полость черепа остается относительно стабильной (Blatter et al., 1995), что представляет собой «археологический» объект. оценка максимального размера мозга у молодежи, доступная для изучения в более старшем возрасте.Исследование, посвященное различным измерениям объема, включая ICV и общий объем мозга (TBV), в большом возрастном диапазоне (от 19 месяцев до 80 лет), показало, что ICV увеличивается с увеличением объема мозга в детстве и раннем подростковом возрасте, но между возрастами у 16 и 80 лет объем мозга значительно уменьшился (Courchesne et al., 2000), тогда как ICV не показал изменений. Следовательно, хотя объем ткани мозга уменьшается с возрастом, ICV остается примерно неизменным после того, как в молодости развитие мозга прекращается, мозг достигает своего максимального размера, а швы черепа срастаются, и, как таковые, могут рассматриваться как оценка предшествующего или максимального размера мозга.
Ряд исследований показал положительную связь между внутричерепным объемом (ICV) и когнитивными способностями в более позднем возрасте. MacLullich et al. (2002) сообщают о положительной значимой корреляции в диапазоне от 0,26 до 0,39 между ICV и несколькими индивидуальными тестами когнитивных способностей. Шенкин и др. (2009) обнаружили у 107 здоровых пожилых людей в возрасте от 75 до 81 года, что весь объем мозга составлял небольшую (<1%) вариацию общих когнитивных способностей, тогда как внутричерепная область (косвенный показатель ICV), объяснила 6 .2% дисперсии. Совсем недавно Farias et al. (2012) обнаружили, что ICV и текущие объемы мозга (то есть общий объем головного мозга, гиппокампа и поражения белого вещества) у пожилых людей были связаны с различными когнитивными доменами, но что ICV коррелировала с когнитивными переменными после того, как были учтены другие измерения объема мозга. Эти результаты показывают, что максимальный размер мозга является важным фактором в понимании когнитивных способностей в пожилом возрасте.
Возможным объяснением связи, обнаруженной между максимальным размером мозга, измеренным с помощью ICV, и когнитивными способностями в позднем возрасте может быть гипотеза пассивного мозгового резерва (Stern, 2009).Было высказано предположение, что обладание большим мозгом обеспечивает некоторую сопротивляемость нейродегенерации в более позднем возрасте, следовательно, ослабляет снижение когнитивных функций (Mori et al., 1997). Концепция пассивного мозгового резерва была предложена для объяснения индивидуальных различий в старении мозга или, более конкретно, для объяснения различных эффектов, наблюдаемых у людей, которые демонстрируют одинаковую пропорциональную степень старения мозга (Staff et al., 2004; Stern, 2009) . Возможно, положительные ассоциации между ICV и хорошей когнитивной способностью в более позднем возрасте отражают способность мозга человека противостоять нормальному процессу старения.
Несмотря на данные исследований, показывающие, что предшествующая когнитивная способность является сильнейшим предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (Deary et al., 2012), мало исследований, изучающих связь между одновременным объемом мозга и контролем когнитивных способностей. Из тех исследований, которые имели (Murray et al., 2011; Staff et al., 2004), не было найдено поддержки для прогнозирования одновременных когнитивных функций по объемам мозга при контроле предшествующих способностей.
Уменьшение объема мозговой ткани в нормальном стареющем мозге неравномерно; серое вещество может начать сокращаться в раннем взрослом возрасте и после этого следовать довольно линейной схеме, тогда как объем белого вещества, как говорят, увеличивается примерно до среднего возраста, а затем начинает уменьшаться (Ge et al., 2002; Ziegler et al., 2010). Выводы о том, что уменьшение объема префронтального белого вещества значительно превышает уменьшение объема серого вещества в пожилом возрасте, особенно в 9-м десятилетии, позволяют предположить, что белое вещество более уязвимо для нормального старения (Salat et al., 1999). Кроме того, исследования показали, что расхождение между объемными изменениями в объеме ткани серого и белого вещества отражается в ассоциациях между этими тканями и когнитивными функциями (Raz et al., 2010).
Чтобы изучить связь между размером мозга и когнитивными способностями при старении, в настоящем исследовании мы проверили, влияет ли максимальный размер мозга в молодости (по оценке ICV) и текущий объем мозговой ткани на когнитивные способности в дальнейшей жизни.Затем мы протестировали вклады как текущих когнитивных способностей, так и изменений когнитивных способностей в течение жизни в объемах белого и серого вещества по отдельности. В целом, мы стремились обеспечить тщательную оценку относительного вклада широких показателей мозга и когнитивных функций в большой однородной по возрасту выборке в целом здоровых пожилых людей.
2. Метод
2.1. Участники
Когорта по рождению в Лотиане 1936 года (LBC1936) — это лонгитюдное исследование когнитивного старения, включающее людей, которые в основном принимали участие в Шотландском психиатрическом исследовании 1947 года (SMS1947) и проживали в Эдинбурге и его окрестностях (Лотиане) в около возраста 70 лет.Протоколы набора, визуализации мозга и когнитивного тестирования для LBC1936 подробно описаны ранее (Deary et al., 2007; Wardlaw et al., 2011).
В данном исследовании используются данные второй волны тестирования, в которой 866 участников (средний возраст = 72,5 года, SD = 0,7 года) вернулись для второй волны когнитивного тестирования. Из тех, кто вернулся, 700 прошли МРТ, из которых 672 выполнили все последовательности, необходимые для измерения объемов мозга для этого исследования. Из участников 41 был исключен из-за неполных когнитивных данных (возраст 11 IQ, 36; индивидуальные когнитивные оценки при оценке в волне 2, 5), и 11 участников были исключены, так как они набрали ≤24 баллов по Краткой шкале оценки психического состояния (MMSE).Оценка ≤24 по шкале MMSE — это широко используемый клинический порог, который считается показателем возможного патологического когнитивного нарушения (Folstein et al., 1975). Окончательная выборка составила 620 взрослых (327 мужчин, 52,7%).
На основании недавних исследований (O’Bryant et al., 2008; Stephan et al., 2010) и для проверки устойчивости моделей, описанных ниже, мы также оценили все модели, используя более консервативное пороговое значение MMSE, исключая все с баллами ≤28. Это было сделано для того, чтобы на результаты не оказали чрезмерного влияния пациенты с более низкими показателями MMSE и, следовательно, потенциально также пациенты с легкими когнитивными нарушениями или ранними стадиями деменции.В этом вторичном анализе были удалены еще 83 участника (мужчины, 57 лет; женщины, 26), в результате чего была выбрана выборка из 537 человек (270 мужчин, 50,3%).
2.2. Когнитивное тестирование
Когнитивные способности в возрасте 11 лет оценивались с помощью теста Moray House № 12 (MHT), который участники принимали как часть SMS1947. MHT включает в себя ряд элементов когнитивных способностей (следование указаниям, противоположности, классификация слов, аналогии, практические задания, рассуждения, пословицы, арифметика, пространственные элементы, смешанные предложения и расшифровка шифров) и является проверенной мерой общего интеллекта ( Дири и др., 2007). Показатели МГТ в возрасте 11 лет были преобразованы в оценку типа IQ (возраст 11 IQ; среднее значение = 100, SD = 15) после учета возраста в днях, в которые проводился тест.
Познавательные способности в более позднем возрасте измерялись с помощью 6 невербальных субтестов по шкале интеллекта взрослых Векслера (WAIS-III UK , Wechsler, 1998): 2 субтеста рабочей памяти (последовательность букв и размах цифр в обратном направлении), 2 подтесты скорости обработки (поиск символа и цифровой символ) и 2 теста невербального мышления (блочный дизайн и матричное рассуждение).
2.3. Получение изображения
Структурные данные МРТ были получены с помощью клинического сканера GE Signa Horizon HDxt 1.5 T (General Electric, Милуоки, Висконсин, США) с использованием набора самозащитных градиентов с максимальной силой градиента 33 м / мкм и 8- канальная фазированная антенная решетка головки. Обследование включало осевое сканирование T2W, T2_W и FLAIR, объемную последовательность T1W с высоким разрешением, полученную в корональной плоскости, последовательности аксиального T1W-градиентного эхо-сигнала (FSPGR) с 21 и 121 углами поворота для количественного T1-картирования и 2 стандартные последовательности спинового эха, полученные с и без МТ-импульса, приложенного на 1 кГц от резонансной частоты воды для МТ-МРТ (Wardlaw et al., 2011).
2.4. Анализ изображений
Весь анализ изображений проводился обученными аналитиками, не имеющими отношения к информации об участниках.
ICV включал содержимое внутри таблицы черепа с его нижним пределом в аксиальном срезе чуть выше кончика зубчатого штифта у большого затылочного отверстия и выше нижних границ миндалин мозжечка (Wardlaw et al., 2011 ). ICV, который включает ткань головного мозга, спинномозговую жидкость (CSF), вены и твердую мозговую оболочку, был получен полуавтоматически с использованием последовательности T2 * W с инструментом Object Extraction Tool в Analyze 9.0 (Mayo Clinic, Analyze 9.0. Analyze Direct, Inc. Mayo Clinic), обеспечивающая начальную сегментацию, которая была отредактирована вручную для удаления ошибочных структур.
ЦСЖ, поражения белого вещества, а также белое и серое вещество были извлечены с помощью MCMxxxVI (Valdés Hernández et al., 2010): полуавтоматической методики мультиспектральной сегментации, в которой используется слияние цветов для улучшения дифференциации тканей и квантование с минимальной дисперсией для размывания изображения. цветовой спектр и для создания бинарных масок рассматриваемой ткани или поражения.Комбинация T2 * W и FLAIR, обозначенных красным и зеленым цветом, соответственно, использовалась для извлечения CSF (обозначено красным цветом) и поражений белого вещества (обозначено желтым). Затем маски спинномозговой жидкости вычитали из ICV, чтобы определить общий объем мозговой ткани (TBV). Тот же метод был использован для изготовления масок белого вещества, но со слиянием объемов T2W и T1W (красного и зеленого цветов соответственно). В этой комбинации цвета и последовательности здоровое белое вещество было идентифицировано в ярко-зеленом цвете, в отличие от серого вещества и поражений белого вещества.Маски серого вещества были рассчитаны путем вычитания масок белого вещества и бинарных масок поражения белого вещества из ранее созданных масок ткани мозга.
2,5. Статистический анализ
Все модели были оценены с использованием моделирования многогрупповых структурных уравнений (MG-SEM). Этот тип моделирования имеет то преимущество, что моделирует скрытые конструкции и связи между ними с учетом ошибки измерения, обеспечивая при этом формальные тесты их эквивалентности в разных группах. В результате моделирование многогрупповым структурным уравнением обеспечивает надежные оценки ассоциаций.Все модели были оценены в Mplus 6.0 (Muthen and Muthen, 2010) с использованием оценки максимального правдоподобия.
В данном исследовании мы использовали многогрупповую модель для оценки параметров для мужчин и женщин отдельно. Пол, как известно, является одним из крупнейших источников изменчивости общего размера головы и мозга, и, учитывая нашу относительно большую выборку, мы решили моделировать половые различия напрямую, а не просто включать пол в качестве ковариаты. Входными данными для всех моделей были стандартизированные остатки после регрессии и, таким образом, с учетом дисперсии, связанной с возрастом в днях.Исключением был IQ в возрасте 11 лет, который является стандартизированной по возрасту оценкой типа IQ. Несмотря на узкий возрастной диапазон текущей когорты, возраст в днях по-прежнему составлял значительную ( p < 0,05) вариацию в объеме ткани мозга, объеме белого вещества, объеме серого вещества, блочном дизайне, кодировании цифровых символов, поиске символов и т. Д. и матричное рассуждение; демонстрируя важность учета влияния возраста.
2.5.1. Спецификация модели
Во-первых, важно указать, что во всех анализах TBV, белое вещество (WM) и серое вещество (GM) были стандартизированными остатками, контролирующими ICV.В модель 1 мы включили ICV и TBV в качестве предикторов общей когнитивной способности (g), чтобы оценить степень связи между показателями максимального размера мозга, текущего состояния мозга и текущей когнитивной способности. Затем мы включили IQ в возрасте 11 лет в качестве предиктора g, чтобы оценить, остаются ли ICV и TBV значимыми предикторами текущих способностей с учетом прошлых способностей. Таким образом, мы спрашивали, предсказывают ли ICV и TBV также изменение когнитивных способностей на протяжении жизни. В модели 2 мы следуем той же последовательности анализов, но заменяем TBV объемами WM и GM, чтобы проверить, согласуются ли ассоциации с конкретными типами тканей с g как у мужчин, так и у женщин.
2.5.2. Инвариантность измерения
Перед проверкой эквивалентности параметров регрессии у мужчин и женщин, инвариантность измерений была установлена для латентных конструкций. Инвариантность измерений гарантирует, что скрытые конструкции эквивалентны для разных групп, и требуется для значимой интерпретации параметров модели в разных группах (French and Finch, 2006). Мы установили конфигурационную инвариантность (эквивалентность модели факторных нагрузок) и метрическую инвариантность (степень факторных нагрузок) как для g, так и для скорости обработки.
После того, как инвариантность измерений установлена, интересующие параметры в моделях могут быть зафиксированы на эквивалентность, и правдоподобность этого ограничения проверяется с использованием разницы в χ 2 для соответствующего числа степеней свободы.
2.5.3. Оценка модели
В SEM степень соответствия модели данным оценивается с помощью индексов соответствия модели. Мы приняли пороговые значения на основании обзора (Schermelleh-Engel et al., 2003) ≤0.05 для стандартизованного среднеквадратичного остатка (SRMR), ≤0,06 для среднеквадратичной ошибки аппроксимации (RMSEA) и ≥0,95 для индекса Такера-Льюиса (TLI) и индекса сравнительного соответствия (CFI). При установлении того, выполняются ли предположения об инвариантности измерений для латентных конструкций, мы следуем Chen (2007) и предполагаем, что изменения CFI на -0,01 или меньше в сочетании с изменениями в RMSEA ≤0,015 поддерживают инвариантность измерений.
3. Результаты
Описательная статистика представлена в.Все переменные были приблизительно нормально распределены без значений асимметрии, превышающих ± 0,90, или значений эксцесса, превышающих ± 1,17, как у мужчин, так и у женщин.
Таблица 1
Описательная статистика когнитивных способностей и переменных изображения мозга в LBC1936 (N = 620)
| Характеристика | Среднее | SD | Искривление | Мужской эксцесс | Мужской эксцесс (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Возраст (лет) | 72.47 | 72,60 | 0,70 | 0,73 | 0,10 | −0,06 | −0,84 | −0,85 | |||||||||||||||
| MMSE | 28,75 | 28,75 | 2 | 1 | 0,25 | 1,18 | |||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 11 лет | |||||||||||||||||||||||
| .72 | 102,98 | 16,17 | 13,39 | −0,90 | −0,67 | 1,12 | 0,49 | ||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Размах цифр назад | 7,85 | 8,04 | 2,27 | 2,24 | 0,34 | 0,30 | −0,03 | −0,30 | |||||||||||||||
| Блочная конструкция | 9632,93 | 10,53 | 8,85 | 0,28 | 0,56 | −0,28 | 0,76 | ||||||||||||||||
| Буквенно-числовой упорядочение | 11,07 | 0,4811,07 | 0,32 | 0,51 | |||||||||||||||||||
| Матричные рассуждения | 14,09 | 13,00 | 4,82 | 4,75 | −0,19 | −0,03 | −0.89 | −0,90 | |||||||||||||||
| Кодирование цифровых символов | 54,78 | 58,95 | 12,17 | 11,27 | 0,19 | 0,22 | −0,36 | 6,23 | 5,69 | −0,31 | −0,16 | 0,55 | 0,93 | ||||||||||
| Расчетный объем мозга в детстве | см 3 ) | 1536.93 | 1355,39 | 113,20 | 101,08 | 0,25 | 0,28 | −0,15 | −0,13 | ||||||||||||||
| Объем мозга возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Общий объем мозговой ткани (см 3 ) | 1175,08 | 1070,08 | 100,03 | 83,70 | 0,16 | 0,14 | −0.07 | −0,18 | |||||||||||||||
| Объем белого вещества (см 3 ) | 522,22 | 468,04 | 84,87 | 68,89 | 0,46 | 0,17 | 9038 9038 серый объем | 0,20 см 3 ) | 521,59 | 476,49 | 71,80 | 62,36 | 0,14 | 0,01 | 1,17 | −0,13 | |||||||
без корректировки.Значимые положительные корреляции между тестами когнитивных способностей у мужчин (r = 0,29–0,65) и женщин (r = 0,20–0,58) подтверждают моделирование фактора скрытых когнитивных способностей, g. Были выявлены повсеместно положительные корреляции между тестами когнитивных способностей и общим объемом ткани головного мозга (мужчины r = 0,18–0,34; женщины r = 0,10–0,25) и белого (мужчины r = 0,13–0,26; женщины r = 0,04–0,18) и серого вещества. (самцы r = 0,04–0,26; самки r = 0,01–0,13) объемов. Возраст показал несколько значимых ассоциаций как с когнитивными переменными, так и с переменными объема мозга у мужчин (r = -0.18–0,13) и женщин (r = –0,23–0,11), что подтверждает его включение в качестве ковариаты, несмотря на узкий возрастной диапазон в этой когорте.
Таблица 2
Корреляции Пирсона между независимыми, зависимыми и ковариатными переменными
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8352 | 9 | 9 10 | 11 | 12 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.Возраст | — | −0,14 ∗ | −0,05 | −0,03 | −0,02 | 0,05 | −0,17 ∗∗ | −0,14 ∗ 9000 −4| −0,14 ∗ 9000 −4 | | ∗ −0,23 † | 0,11 | ||
| 2. IQ 11 лет | −0,04 | — | 0,44 † | 0,40 † | † | 0,40 † | † † | 0.35 † | 0,35 † | 0,12 ∗ | 0,11 | 0,11 | −0,01 |
| 3. Конструкция блока | −0,18 ∗8 0,48 — | 0,53 † | 0,29 † | 0,31 † | 0,38 † | 0,42 † | 0,19 ∗ | 0,19 ∗ | 0389 0385 15 ∗∗ | 0,07 | |||
| 4. Матричное обоснование | −0,12 ∗ | 0,41 † | 0,49 † | — | 0,33 9000 0,39 | 0,28 † | 0,24 † | 0,09 | 0,14 ∗ | 0,14 ∗ | 0,01 | ||
| 5. Размах цифр назад | ,1133 †0,29 † | 0,35 † | — | 0,47 † | 0,20 † | 0,1889 ∗ 0,07389 0,0389 0,038 ∗ | 0,0389 0,0389 | ||||||
| 6. Последовательность букв и цифр | −0,11 | 0,39 † | 0,33 † | 0,38 † | 0,56 † | — | .27 †0,21 † | 0,07 | 0,10 | 0,08 | 0,04 | ||
| 7. Цифр. | 0,43 † | 0,38 † | 0,51 † | — | 0,58 † | 0,11 | 0,22 †005 | 0,13 †00 | 0,13 13 ∗∗ | ||||
| 8. Поиск по символам | −0,13 ∗ | 0,41 † | 0,48 † | 0,42 † | 0,3788 † | 0,3788 †84 | 0,65 † | — | 0,06 | 0,17 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,04 | |
| 9. ICV | −0,01 | 17 ∗∗0,11 ∗ | 0,14 ∗∗ | 0,11 | 0,21 † | 0,26 † | — | 0,8381 0,42 † | |||||
| 10. Объем мозга | −0,13 ∗ | 0,26 † | 0,25 † | 0,18 ∗∗ | 0,23 ∗∗ | 0,23 2 † | 0,33 † | 0,34 † | 0,82 † | — | 0,58 † | 0,52 † | 0,18 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,13 ∗ | 0,19 ∗∗ | 0,24 † | 0,24 † | 0,2685898989 0.51 † | 0,61 † | — | -0,07 |
| 12. Объем GM | 0,13 ∗ | 0,11 ∗ | 00 0,140,0389 0,0389 | 0,04 | 0,18 ∗∗ | 0,26 † | 0,36 † | 0,48 † | −0,09 | — |
Общий объем мозга и объем белого вещества имеют несколько умеренно значимых ассоциаций с индивидуальными подтестами когнитивных способностей как у мужчин, так и у женщин, тогда как ассоциации с объемом серого вещества в основном невелики и несущественны. Однако корреляции, представленные в, являются необработанными корреляциями, не скорректированными на ICV и возраст, и, как таковые, в некоторой степени отличаются от оценок, представленных в окончательных моделях.
Наконец, также представлены оценки связи между ICV и параллельным объемом мозга, которые сильно коррелируют как у мужчин, так и у женщин (0,82, p <0,001 и 0,83, p <0,001, соответственно). Серое вещество демонстрирует более слабые ассоциации как с ICV, чем с белым веществом, у мужчин (ICV, 0,36 против 0,51) и женщин (ICV, 0,42 против 0,51).
Перед тестированием основных моделей мы сначала установили инвариантность измерения в модели измерения g для мужчин и женщин.Модель показала отличное соответствие данным (χ 2 = 22,73 (12), p <0,05; CFI = 0,99; TLI = 0,97; RMSEA = 0,054; SRMR = 0,023), а разница в модели соответствовала модели конфигурационной и метрической инвариантности попали в предложенный диапазон соответствия модели (Δχ 2 = 7,21 (5), p > 0,05; ΔCFI = 0,00; ΔRMSEA = -0,004). Таким образом, модель измерения считалась инвариантной по полу на метрическом уровне, при этом все последующие модели выполнялись с учетом ограничений инвариантности.
Модели 1 и 2 показали отличное соответствие данным (окончательные результаты см. В разделе). Когда все пути в окончательных моделях были последовательно ограничены эквивалентностью для мужчин и женщин, никакие различия χ 2 не достигли статистической значимости (Δχ 2 ≥ 3,84, p < 0,05). Следовательно, в текущей выборке не было значительных различий в величине оценок параметров в мужской и женской моделях.
Структурная схема для моделей 1 и 2.Все переменные являются остатками, учитывающими возраст. Все значения представляют собой стандартизированные оценки параметров. Оценки берутся из окончательных моделей с параметрами, ограниченными по группам. Оценки параметров представлены отдельно для мужчин (вверху) и женщин (внизу). Примечание: никаких различий между мужскими и женскими моделями не было. Все значения значимы как минимум p <0,05. Модель подходит для модели 1 (χ 2 = 59,59 (53), p = 0,25; CFI = 1,00; TLI = 0.99; RMSEA = 0,020; SRMR = 0,034) и модель 2 (χ 2 = 88,42 (64), p <0,05; CFI = 0,98; TLI = 0,98; RMSEA = 0,035; SRMR = 0,036) были отличными. Сокращения: БД - блочная конструкция; DB, диапазон цифр назад; DS - кодирование символов цифр; GM - объем серого вещества; ICV - внутричерепной объем; LN, буквенно-цифровая последовательность; MHT, возраст 11 лет, MHT IQ; MR, матричное рассуждение; SS, поиск символа; TBV - общий объем мозга; WM, объем белого вещества.
Для модели 1 мы сначала протестировали модель, включающую только ICV и TBV, но не предшествующие когнитивные способности.И ICV, и TBV были значимыми предикторами текущей когнитивной способности как у мужчин (ICV = 0,19, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001), так и у женщин (ICV = 0,21, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001). Комбинированные ICV и TBV составляли примерно 14% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Затем мы включили предшествующие способности (MHT) в качестве предиктора текущего уровня способностей (A). Предыдущие способности были самым сильным предиктором текущих способностей (мужчины, 0.61, p < 0,001; женщины, 0,64, p < 0,001). ICV и TBV оставались значимыми предикторами текущих когнитивных способностей; однако величина ассоциации с ICV снизилась до 0,08 ( p < 0,05). В целом, MHT, ICV и TBV составляли примерно 52% дисперсии когнитивных способностей в более позднем возрасте.
Точно так же для модели 2 мы сначала протестировали модель, исключая предыдущие способности. В этой модели ICV (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0.23, p < 0,001), WM (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0,21, p < 0,001) и GM (мужчины, 0,18, p < 0,001; женщины, 0,18, p < 0,001) были значимыми предикторами текущих когнитивных способностей, составляющих в совокупности 11% дисперсии когнитивных способностей. С учетом предшествующей способности (B) величина ассоциации с ICV снизилась (мужчины, 0,10, p < 0,05; женщины, 0,11, p < 0,05), но оставались значимыми.Величины ассоциаций с WM и GM были примерно равны. В целом, в модели 2 на MHT, ICV, GM и WM приходилось примерно 48% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Не было существенных различий ни в модели 1, ни в модели 2, когда модели были переоценены с использованием подвыборки участников, набравших ≥28 баллов по MMSE (n = 537). Пути регрессии ICV к g в модели 1 не смогли достичь значимости в сокращенной выборке, но оценки параметров были идентичны во втором десятичном разряде, что указывает на отсутствие значимости из-за уменьшения мощности с размером выборки.
3.1. Стабильность ICV на протяжении всей жизни
Модели, рассмотренные выше, предполагают, что стабильность максимального размера мозга ICV достигается в молодом возрасте. Чтобы подтвердить это предположение, мы представляем данные из свободно доступного набора данных МРТ (http://www.oasis-brains.org) 416 здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 96 лет. Во-первых, ICV и TBV достоверно коррелируют в молодом возрасте (18–28 лет; r = 0,85, n = 135, p = 0,00), показывая, что ICV является хорошим маркером индивидуальных различий TBV у молодых людей.Как показано на, при группировке по десятилетию, среднее значение ICV отличается между самой молодой (18–28 лет) и самой старшей группой (84–96 лет) на 65 см 3 , что меньше стандартного отклонения 158 см 3 измерено по всей выборке (возраст 18–96 лет). Среднее процентное значение TBV, выраженное в процентах от ICV, показывает снижение на 14,1% между самой молодой (84,7%) и самой старшей группами (70,6%), где стандартное отклонение для всей группы составляет 6%.
Таблица 3
Средний расчетный внутричерепной объем (eTIV) и процент от общего объема мозга eTIV (TBV), сгруппированные по десятилетиям, во всем наборе данных и разбитые по полу
| Возрастная группа (y) | n | Мужчина / женщина | Возраст, y, среднее (СО) | eTIV (cm 3 ), среднее (SD) | TBV, (% eTIV) среднее (SD) |
|---|---|---|---|---|---|
| 18–28 | 135 | 59/76 | 22.07 (2,58) | 1515 (150) | 84,7 (1,9) |
| 29–39 | 19 | 13/6 | 32,68 (3,35) | 1511 (133) | 83,1 (2,0) |
| 40–50 | 36 | 12/24 | 46,19 (2,97) | 1446 (164) | 82,1 (2,3) |
| 51–61 | 33 | 10/23 | (3,11) | 1462 (161) | 81,0 (2,2) |
| 62–72 | 63 | 23/40 | 68.27 (3,08) | 1449 (138) | 75,8 (4,2) |
| 73–83 | 90 | 29/61 | 77,68 (3,32) | 1478 (182) | 73,2 (3,2) |
| 84–96 | 40 | 14/26 | 88,03 (3,01) | 1450 (149) | 70,6 (3,4) |
участков ICV (A) и TBV (B) по возрасту для вся выборка, самцы и самки. Во всех случаях ICV остается в целом стабильным в зависимости от возраста, тогда как TBV снижается с возрастом примерно одинаково во всей выборке, как у мужчин, так и у женщин.
График, отображающий стабильность ICV от молодости к старости (A) и снижение процента ткани мозга в ICV от молодости до старости (B). Данные (N = 416) были взяты из базы данных изображений с открытым исходным кодом (http://www.oasis-brains.org). Данные нанесены на график для всей выборки и отдельно для мужчин и женщин.
4. Обсуждение
Текущие результаты показывают, что когнитивные способности в возрасте 73 лет частично зависят от предшествующих когнитивных способностей, предшествующего или максимального размера мозга и текущего объема мозговой ткани.Исследование также показало, что в целом наблюдались сходные, умеренные поперечные связи между размером мозга и когнитивными способностями в детстве и пожилом возрасте, хотя для определения размера мозга в юности приходилось использовать оценку (ICV).
Во всех моделях текущий объем мозговой ткани был более сильным предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (как с учетом прошлых способностей, так и без них), чем ICV, повторяя результаты нескольких прошлых исследований (Cardenas et al., 2011; Sluimer et al. , 2008). Однако важно отметить, что небольшое, но значительное влияние ICV на когнитивные способности в более позднем возрасте сохранилось в обеих моделях.Величина этих ассоциаций существенно не различалась у мужчин и женщин. Учитывая текущий размер выборки, мы считаем эти ассоциации точными и надежными. Таким образом, текущее исследование подтверждает лишь очень скромную связь максимального размера мозга с когнитивными способностями в пожилом возрасте. Несмотря на то, что эта связь является слабой, она демонстрирует некоторую поддержку гипотезы пассивного мозгового резерва, которая предполагает, что более крупный мозг может выдержать большее количество травм до появления клинических или когнитивных нарушений (Stern, 2009), хотя и устанавливает существенную или практическую важность этой связи. между ICV и когнитивными способностями в дальнейшей жизни сложно.
Большое количество исследований касалось того, имеет ли ухудшение состояния серого или белого вещества большее влияние на когнитивное старение (Taki et al., 2011; Ziegler et al., 2010), с неоднозначными результатами. В текущем исследовании влияние объема белого и серого вещества на g было в значительной степени одинаковым и сохранялось как у мужчин, так и у женщин, что предполагает сопоставимое влияние на когнитивные способности в дальнейшей жизни. Однако, как было отмечено ранее (Ziegler et al., 2010), ухудшение состояния серого и белого вещества может локализоваться в разных областях мозга и, следовательно, может по-разному влиять на познание.Таким образом, хотя ассоциации могут быть сопоставимы для объемов всего мозга как серого, так и белого вещества, функциональный эффект может быть дифференцированным из-за их роли в основных нейронных сетях.
Как отмечалось ранее, простой корреляционный анализ в текущем исследовании предоставил ряд важных оценок для исследовательской литературы как по размеру мозга и когнитивным функциям, так и по ICV и текущему состоянию мозга у стареющих людей. В частности, мы обнаружили положительную связь между объемом мозга и познанием как у молодежи (мужчины, 0.28; женщины, 0,12), где ICV в пожилом возрасте использовался как индикатор размера мозга в молодости и в более позднем возрасте (мужчины, 0,27; женщины, 0,26). Эти результаты полностью согласуются с предыдущим метаанализом Макдэниела (2005) и литературными обзорами Раштона и Анкни (2009) и Миллера и Пенке (2007). Наши результаты вносят значительный вклад в эту литературу, поскольку наша единичная выборка (N = 620, полная выборка; n = 537, MMSE ≥28) составляет примерно 40–45% от общей выборки, указанной в этих количественных обзорах.Более того, эта выборка дает оценки размеров этих эффектов на протяжении 60 лет жизни одних и тех же субъектов.
У исследования есть несколько сильных сторон. Редко можно получить доступ к оценкам когнитивных способностей от молодежи в более старшем возрасте. Выборка большая и однородная по возрастному диапазону участников. Таким образом, наш анализ приобретает статистическую силу и естественным образом контролирует смешивающий эффект хронологического возраста (Hofer et al., 2006). Дополнительным преимуществом нашей большой выборки была возможность надежно оценивать модели у мужчин и женщин независимо, а не просто включать пол в качестве ковариаты в статистический анализ.Учитывая большой набор хорошо проверенных когнитивных тестов, проводимых в пожилом возрасте, и большой размер выборки, мы смогли оценить все модели с помощью SEM, что позволило получить надежные оценки конструкций скрытых когнитивных способностей, которые явно учитывают ошибку измерения, и позволяя одновременно оценка всех основных и ковариантных параметров.
Возможным ограничением данного исследования было предположение, что ICV остается статичным после достижения максимального размера мозга в молодости.Хотя проверить это предположение на наших первичных данных не удалось, доступны вторичные данные, которые подтверждают это предположение. В частности, анализ данных МРТ головного мозга в открытом доступе показал, что ICV остается в целом стабильным на протяжении всей взрослой жизни в объединенной выборке из поперечных исследований, тогда как доля ткани мозга в процентах от ICV снижается с возрастом. Однако, хотя представленные данные поперечного сечения подтверждают наше предположение, для полного подтверждения потребуется продольная визуализация от юности до пожилого возраста, данные, которые, насколько известно авторам, в настоящее время недоступны.
Еще одна проблема, связанная со стабильностью ICV на протяжении всей жизни, заключается в том, что потенциальное влияние возрастных изменений черепа, таких как утолщение внутренней поверхности черепа (May et al., 2010), может привести к заниженной оценке мозга. изменяется, когда ICV используется в качестве меры преморбидного объема мозга, особенно потому, что утолщение черепа на внутреннем столе, как известно, больше влияет на женщин, чем на мужчин. Однако на данный момент нет надежных методов оценки ICV, учитывающих эффект утолщения внутренней части черепа.Таким образом, мы признаем возможность предвзятости из-за таких эффектов, но мы не можем внести какие-либо разумные корректировки в текущие результаты.
В будущих исследованиях мы стремимся изучить процесс старения более подробно, используя многократные измерения широких и конкретных когнитивных функций и параметров мозга. В текущем исследовании наша оценка когнитивных способностей в детстве представляла собой общий показатель IQ, и поэтому мы уделяли особое внимание общим когнитивным способностям (g) в дальнейшей жизни как главному результату.Тем не менее, мы признаем, что когнитивные способности, как известно, состоят из нескольких различных областей, и будущие исследования с дополнительными продольными данными, которые в настоящее время недоступны, смогут рассмотреть связи между этими областями и продольно измеряемой атрофией мозга.
Настоящее исследование дает ряд важных выводов относительно связи между статусом мозга и когнитивными способностями в пожилом возрасте. Во-первых, как предыдущий, так и текущий размер мозга являются важными предикторами текущих когнитивных способностей, помимо влияния предшествующих когнитивных способностей.Во-вторых, эффекты были очень похожи для белого и серого вещества. Эти выводы верны как для мужчин, так и для женщин.
Заявление о раскрытии информации
Авторы заявляют, что у них нет фактических или потенциальных конфликтов интересов в отношении этой работы.
Благодарности
Мы благодарим участников LBC1936; Джени Корли, Кэролайн Бретт, Мишель Тейлор и Кэролайн Кэмерон за сбор данных; секретарь исследования LBC1936 Паула Дэвис; медсестры, рентгенологи и другой персонал Центра клинических исследований Wellcome Trust, Эдинбург (http: // www.wtcrf.ed.ac.uk) и Центр визуализации мозга при Эдинбургском университете (http://www.bric.ed.ac.uk). Эта работа была поддержана грантом программы Research Into Aging (IJD и JMS) и проектом Disconnected Mind, финансируемым Age UK (http://www.disconnectedmind.ed.ac.uk; IJD, JMS и JMW), с дополнительное финансирование от Совета по медицинским исследованиям (IJD, JMS, JMW и MEB). J.M.W. поддерживается Шотландским финансовым советом в рамках сотрудничества SINAPSE (http: // www.sinapse.ac.uk). Визуализация была выполнена в Центре визуализации мозга при Эдинбургском университете, в центре сотрудничества SINAPSE. Текущий анализ был проведен в Центре когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Эдинбургского университета (http://www.ccace.ed.ac.uk), который является частью Межсоветной инициативы «Здоровье и благополучие на протяжении всей жизни» (G0700704 / 84698). Благодарим за финансирование со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук, Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук, Совета по экономическим и социальным исследованиям и Совета по медицинским исследованиям.Мы благодарим OASIS за данные поперечного сечения, использованные в этой статье; P50 AG05681, P01 AG03991, R01 AG021910, P50 MH071616, U24 RR021382, R01 MH56584.
Сноски
N.A.R., T.B., I.J.D. и J.M.W. внес равный вклад в эту работу.
Ссылки
Блаттер Д.Д., Биглер Е.Д., Гейл С.Д., Джонсон С.С., Андерсон С.В., Бернетт Б.М., Паркер Н., Курт С., Хорн С.Д. Количественный объемный анализ МРТ головного мозга: нормативная база данных за 5 десятилетий жизни. Являюсь. J. Neuroradiol.1995; 16: 241–251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] О’Брайант С.Э., Хамфрис Дж. Д., Смит Г. Е., Ивник Р. Дж., Графф-Рэдфорд Н. Р., Петерсон Р. С., Лукас Дж. А. Выявление слабоумия с помощью Краткого исследования психического состояния у высокообразованных лиц. Arch. Neurol. 2008; 65: 963–967. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Карденас В.А., Чао Л.Л., Студхолм К., Яффе К., Миллер Б.Л., Мэдисон С., Бакли С.Т., Мунгас Д., Шафф Н., Вайнер М.В. Атрофия мозга, связанная с базовые и продольные измерения познания.Neurobiol. Старение. 2011; 32: 572–580. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Chen F.F. Чувствительность показателей согласия к отсутствию инвариантности измерений. Struct. Equat. Модель. 2007; 14: 464–504. [Google Scholar] Courchesne E., Chisum H.J., Townsend J., Cowles A., Covington J., Egaas B., Harwood M., Hinds S., Press G.A. Нормальное развитие мозга и старение: количественный анализ при МРТ in vivo у здоровых добровольцев. Радиология. 2000. 216: 672–682. [PubMed] [Google Scholar] Уважаемый И.Дж., Гоу А.J., Taylor MD, Corley J., Brett C., Wilson V., Campbell H., Whalley LJ, Visscher PM, Porteous DJ, Starr JM Когорта Lothian по рождению 1936 г .: исследование для изучения влияния на когнитивное старение с 11 лет. до 70 лет и старше. BMC Geriatr. 2007; 7: 28. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Дири Ай Джей, Ян Дж., Дэвис Г., Харрис С. Е., Тенеса А., Ливальд Д., Лучано М., Лопес Л. М., Гоу А. Дж., Корли Дж., Редмонд П. ., Fox HC, Rowe SJ, Haggerty P., McNeill G., Goddard ME, Porteous DJ, Whalley L.J., Starr J.M., Vizzcher P.M. Генетический вклад в стабильность и изменение интеллекта от детства до старости. Природа. 2012; 482: 212–215. [PubMed] [Google Scholar] Дрисколл И., Давацикос К., Ан Й., Ву Х., Шен Д., Краут М., Резник С.М. Продольный характер изменения регионального объема головного мозга отличает нормальное старение от MCI. Неврология. 2009; 72: 1906–1913. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фариас С.Т., Мунгас Д., Рид Б., Кармайкл О., Беккет Л., Харви Д., Олични Дж., Симмонс А., ДеКарли С. Максимальный размер мозга остается важным показателем когнитивных функций в пожилом возрасте, независимо от текущей патологии головного мозга. Neurobiol. Старение. 2012; 33: 1758–1768. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фолштейн М.Ф., Фолштейн С.Э., МакХью П.Р. Мини-психическое состояние. Практический метод оценки когнитивного состояния пациентов для клиницистов. J. Psychiatry Res. 1975. 12: 189–198. [PubMed] [Google Scholar] French B.F., Finch W.H. Подтверждающие факторные аналитические процедуры для определения инвариантности измерений.Struct. Equat. Модель. 2006; 13: 378–402. [Google Scholar] Ge Y., Grossman R.I., Babb J.S., Rabin M.L., Mannon L.J., Kolson D.L. Связанные с возрастом изменения общего серого и белого вещества в нормальном мозге взрослого человека. Часть I: объемный анализ МРТ. Являюсь. J. Neuroradiol. 2002; 23: 1327–1333. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Гислетта П., Рэббитт П., Ланн М., Линденбергер У. Две трети возрастных изменений жидкого и кристаллизованного интеллекта, скорости восприятия и памяти во взрослом возрасте являются общими .Интеллект. 2012; 40: 260–269. [Google Scholar] Хофер С.М., Флаэрти Б.П., Хоффман Л. Поперечный анализ данных, зависящих от времени: ассоциация, вызванная средним значением в неоднородных по возрасту выборках, и альтернативный метод, основанный на последовательных выборках узких возрастных когорт. Мультивар. Behav. Res. 2006. 41: 165–187. [PubMed] [Google Scholar] МакЛаллич А.М., Фергюсон К.Дж., Дири И.Дж., Секл Дж.Неврология. 2002; 59: 169–174. [PubMed] [Google Scholar] Мэй Х., Пелед Н., Дар Дж., Аббас Дж., Медлей Б., Машарави Ю., Гершковиц И. Внутренний гиперостоз фронтальной мышцы и подавление андрогенов. Анат. Рек. 2010; 239: 1333–1336. [PubMed] [Google Scholar] МакДэниел М.А. Люди с большим мозгом умнее: метаанализ взаимосвязи между объемом мозга in vivo и интеллектом. Интеллект. 2005. 33: 337–346. [Google Scholar] Миллер Г.Ф., Пенке Л. Эволюция человеческого интеллекта и коэффициент аддитивной генетической изменчивости в размере человеческого мозга.Интеллект. 2007. 32: 97–114. [Google Scholar] Мори Э., Хироно Н., Ямасита Х., Имамура Т., Икеджири Ю., Икеда М., Китагаки Х., Шимомура Т., Йонеда Ю. Размер мозга преморбидного типа как определяющий фактор резервной способности в отношении интеллектуального снижение заболеваемости болезнью Альцгеймера. Являюсь. J. Психиатрия. 1997. 154: 18–24. [PubMed] [Google Scholar] Мюррей А.Д., Стафф Р.Т., Макнил С.Дж., Саларирад С., Ахерн Т.С., Мустафа Н., Уолли Л.Дж. Баланс между когнитивным резервом и биомаркерами цереброваскулярных заболеваний и болезней Альцгеймера при визуализации мозга.Головной мозг. 2011; 134: 3687–3696. [PubMed] [Google Scholar] Мутен Л.К., Мутен Б.О. шестое изд. Muthen & Muthen; Лос-Анджелес, Калифорния: 2010. Руководство пользователя Mplus. [Google Scholar] Плассман Б.Л., Уильямс Дж. У., Берк Дж. Р., Холсингер Т., Бенджамин С. Систематический обзор: факторы, связанные с риском и возможное предотвращение когнитивного снижения в более позднем возрасте. Аня. Междунар. Med. 2010. 153: 182–193. [PubMed] [Google Scholar] Раз Н., Гислетта П., Родриг К. М., Кеннеди К. М., Линденбергер Ю. Траектории старения мозга у людей среднего и пожилого возраста: региональные и индивидуальные различия.Нейроизображение. 2010; 51: 501–511. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Salat D.H., Kaye J.A., Janowsky J.S. Объемы префронтального серого и белого вещества при здоровом старении и болезни Альцгеймера. Arch. Neurol. 1999; 56: 338–344. [PubMed] [Google Scholar] Шермелле-Энгель К., Мосбруггер Х., Мюллер Х. Оценка соответствия моделей структурных уравнений: тесты значимости и описательные критерии согласия. Методы Психол. Res. 2003; 8: 23–74. [Google Scholar] Шенкин С.Д., Риверс К.С., Дири И.Дж., Starr J.M., Wardlaw J.M. Максимальный (предшествующий) размер мозга, а не атрофия, коррелирует с когнитивными функциями у пожилых людей, проживающих в сообществе: перекрестное нейровизуализационное исследование. BMC Geriatr. 2009; 9: 12. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Sluimer JD, van der Flier WM, Karas GB, Fox NC, Scheltens P., Barkhof F., Vrenken H. Частота атрофии всего мозга и снижение когнитивных функций: продольное МРТ исследование пациенты клиники памяти. Радиология. 2008; 248: 590–598. [PubMed] [Google Scholar] Staff R.T., Мюррей А.Д., Дири И.Дж., Уолли Л.Дж. Что обеспечивает мозговой резерв? Головной мозг. 2004; 127: 1191–1199. [PubMed] [Google Scholar] Стефан Б.К.М., Савва Г.М., Брейн К., Бонд Дж., МакКейт И.Г., Мэтьюз Ф.Э., MRC CFAS Оптимизация легких когнитивных нарушений для распознавания риска деменции среди пожилого населения в целом. Являюсь. J. Geriatr. Психиатрия. 2010. 18: 662–673. [PubMed] [Google Scholar] Таки Ю., Киномура С., Сато К., Гото Р., Ву К., Кавасима Р., Фукуда Х. Корреляция между объемом серого / белого вещества и познавательными функциями у здоровых пожилых людей.Brain Cogn. 2011; 75: 170–176. [PubMed] [Google Scholar] Вальдес Эрнандес М.С., Фергюсон К.Дж., Чаппелл Ф.М., Вардлоу Дж. М. Новый метод слияния мультиспектральных данных МРТ для сегментации поражения белого вещества: метод и сравнение с пороговым значением в изображениях FLAIR. Евро. Радиол. 2010; 20: 1684–1691. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Wardlaw JM, Bastin ME, Valdés Hernández MC, Muñoz Maniega S., Royle NA, Morris Z., Clayden JD, Sandeman EM, Eadie E., Murray C., Starr JM , Дорогой IJСтарение мозга, познание в молодости и старости и сосудистые заболевания в когорте Lothian Birth 1936: обоснование, дизайн и методология протокола визуализации. Intl. J. Stroke. 2011; 6: 547–559. [PubMed] [Google Scholar] Векслер Д. Психологическая корпорация; Лондон, Великобритания: 1998. WAIS-III UK Руководство по администрированию и подсчету баллов. [Google Scholar] Вольф Х., Крюггель Ф., Хенсель А., Валунд Л.-О., Арендт Т., Герц Х.-Ж. Взаимосвязь между размером головы и внутричерепным объемом у пожилых людей.Brain Res. 2003; 973: 74–80. [PubMed] [Google Scholar] Зиглер Д.А., Пигет О., Салат Д.Х., Принц К., Конналли Э., Коркин С. Познание в процессе здорового старения связано с региональной целостностью белого вещества, но не с толщиной коры. Neurobiol. Старение. 2010; 31: 1912–1926. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]Расчетный максимальный и текущий объем мозга для прогнозирования когнитивных способностей в пожилом возрасте
Нейробиол Старение. 2013 Dec; 34 (12): 2726–2733.
, a, b, c, d, ∗ , b, e , a, b, c, d , b c, d, e , e , b, e , a, b, c, d , b, f , , b, c, d , b, e и a, b, c, dНатали А.Royle
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Tom Booth
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Университета Эдинбург, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Мария К.Вальдес Эрнандес
a Центр визуализации мозга, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Сеть визуализации шотландцев , A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ларс Пенке
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Университет of Edinburgh, Edinburgh, UK
c Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Кэтрин Мюррей 900 73
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Алан Дж.Gow
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Susana Muñoz Maniega
Brain Research Центр нейровизуализации, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Шотландская сеть визуализации, платформа для научного превосходства (SINAPSE) , Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Джон Старр
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Шотландский исследовательский центр деменции при болезни Альцгеймера, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
900 72 Марк Э.Бастинa Центр визуализации мозга, Нейровизуализация, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c , Scottish Imaging Network Платформа для сотрудничества в области научного мастерства (SINAPSE), Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Ян Дж.Дири
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Кафедра психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
Joanna M. Wardlaw
Исследование Центр визуализации, нейровизуализационные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Центр когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c Scottish Imaging Network, платформа для научного мастерства (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических наук о мозге, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
a Центр визуализации мозга, нейровизуальные науки, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
b Center for Когнитивное старение и когнитивная эпидемиология, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
c 9000 5 Scottish Imaging Network, A Platform for Scientific Excellence (SINAPSE) Collaboration, Эдинбург, Великобритания
d Центр клинических исследований мозга, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания
e Департамент психологии, Эдинбургский университет, Эдинбург , UK
f Alzheimer Scotland Research Center Dementia Research Center, University of Edinburgh, Edinburgh, UK
∗ Автор для корреспонденции: Brain Research Imaging Center (BRIC), Division of Neuroimaging Sciences, Western General Hospital, Crewe Road, Edinburgh, Eh5 2XU, Великобритания.Тел .: +0131 537 3669; факс: +0131 537 2661. [email protected]Получено 1 сентября 2012 г .; Пересмотрено 7 мая 2013 г .; Принято 16 мая 2013 г.
Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.Abstract
Ухудшение тканей головного мозга является важным фактором снижения когнитивных способностей в более позднем возрасте; тем не менее, в немногих исследованиях есть соответствующие данные, чтобы установить, насколько предыдущий объем мозга и предшествующие когнитивные способности влияют на эту связь.Мы исследовали связи между биомаркерами структурной визуализации мозга, включая оценку максимального объема мозга, и подробные измерения когнитивных способностей в возрасте 73 лет у большого (N = 620), в целом здорового населения, проживающего в сообществе. Данные о когнитивных способностях были доступны с 11 лет. Мы обнаружили положительные ассоциации ( r ) между общими когнитивными способностями и оценочным объемом мозга в молодости (мужчины, 0,28; женщины, 0,12), и измеренным объемом мозга в более позднем возрасте (мужчины, 0.27; самки 0,26). Наши результаты показывают, что когнитивные способности в молодости являются сильным предиктором оцененного ранее и измеренного текущего объема мозга в пожилом возрасте, но эти эффекты были одинаковыми как для белого, так и для серого вещества. Как одно из крупнейших исследований связи между объемом мозга и когнитивными способностями с нормальным старением, эта работа способствует более широкому пониманию того, как некоторые факторы раннего возраста влияют на когнитивное старение.
Ключевые слова: Старение, биомаркеры структурной визуализации мозга, объем мозга, когнитивные способности на протяжении жизни, IQ
1.Введение
По мере старения людей обычно наблюдается некоторая степень снижения средних показателей когнитивных способностей, таких как рассуждение, память, скорость обработки и пространственные способности (Ghisletta et al., 2012; Salthouse, 2010). Обзор Plassman et al. (2010) обнаружили, что, несмотря на наличие данных о других факторах, проблемы со здоровьем, отрицательный образ жизни (особенно курение) и наличие аллеля APOE -ε4 неизменно связаны с повышенным риском возрастного когнитивного снижения.
Важные факторы, не учтенные Plassman et al. (2010) — это уменьшение или изменение объема мозговой ткани. Это удивительно, поскольку больший объем мозга, оцененный с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), был связан с более высоким интеллектом, причем в исследованиях сообщалось, что ассоциации варьируются от 0,33 до 0,42 (McDaniel, 2005; Miller and Penke, 2007; Rushton and Ankney, 2009 г.). Кроме того, исследования показали, что существует прямая связь между уменьшением объема ткани мозга и снижением когнитивных функций (Sluimer et al., 2008), что уменьшение объема мозговой ткани и увеличение спинномозговой жидкости (CSF) в долгосрочном плане связаны с более низкими когнитивными функциями (Cardenas et al., 2011), и что потеря ткани ускоряется у людей с легкими когнитивными нарушениями по сравнению с нормальным снижением с возрастом (Driscoll et al., 2009).
Однако несколько факторов остаются неясными в связи между состоянием мозга и когнитивными способностями в более позднем возрасте. Во-первых, исследования были неоднозначными относительно того, является ли предшествующий максимальный размер мозга, оцененный по внутричерепному объему (ICV), или текущее состояние мозга, измеренное по текущему объему ткани, более сильным предиктором когнитивных способностей в дальнейшей жизни.Максимальный объем мозга устанавливается в позднем детстве и впоследствии широко отражается на внутреннем размере полости черепа (Wolf et al., 2003), который можно измерить с помощью ICV на структурной МРТ. Объем внутричерепной полости напрямую связан с ростом мозга в молодости, и, хотя объем мозга начинает снижаться в раннем взрослом возрасте, считается, что после этого полость черепа остается относительно стабильной (Blatter et al., 1995), что представляет собой «археологический» объект. оценка максимального размера мозга у молодежи, доступная для изучения в более старшем возрасте.Исследование, посвященное различным измерениям объема, включая ICV и общий объем мозга (TBV), в большом возрастном диапазоне (от 19 месяцев до 80 лет), показало, что ICV увеличивается с увеличением объема мозга в детстве и раннем подростковом возрасте, но между возрастами у 16 и 80 лет объем мозга значительно уменьшился (Courchesne et al., 2000), тогда как ICV не показал изменений. Следовательно, хотя объем ткани мозга уменьшается с возрастом, ICV остается примерно неизменным после того, как в молодости развитие мозга прекращается, мозг достигает своего максимального размера, а швы черепа срастаются, и, как таковые, могут рассматриваться как оценка предшествующего или максимального размера мозга.
Ряд исследований показал положительную связь между внутричерепным объемом (ICV) и когнитивными способностями в более позднем возрасте. MacLullich et al. (2002) сообщают о положительной значимой корреляции в диапазоне от 0,26 до 0,39 между ICV и несколькими индивидуальными тестами когнитивных способностей. Шенкин и др. (2009) обнаружили у 107 здоровых пожилых людей в возрасте от 75 до 81 года, что весь объем мозга составлял небольшую (<1%) вариацию общих когнитивных способностей, тогда как внутричерепная область (косвенный показатель ICV), объяснила 6 .2% дисперсии. Совсем недавно Farias et al. (2012) обнаружили, что ICV и текущие объемы мозга (то есть общий объем головного мозга, гиппокампа и поражения белого вещества) у пожилых людей были связаны с различными когнитивными доменами, но что ICV коррелировала с когнитивными переменными после того, как были учтены другие измерения объема мозга. Эти результаты показывают, что максимальный размер мозга является важным фактором в понимании когнитивных способностей в пожилом возрасте.
Возможным объяснением связи, обнаруженной между максимальным размером мозга, измеренным с помощью ICV, и когнитивными способностями в позднем возрасте может быть гипотеза пассивного мозгового резерва (Stern, 2009).Было высказано предположение, что обладание большим мозгом обеспечивает некоторую сопротивляемость нейродегенерации в более позднем возрасте, следовательно, ослабляет снижение когнитивных функций (Mori et al., 1997). Концепция пассивного мозгового резерва была предложена для объяснения индивидуальных различий в старении мозга или, более конкретно, для объяснения различных эффектов, наблюдаемых у людей, которые демонстрируют одинаковую пропорциональную степень старения мозга (Staff et al., 2004; Stern, 2009) . Возможно, положительные ассоциации между ICV и хорошей когнитивной способностью в более позднем возрасте отражают способность мозга человека противостоять нормальному процессу старения.
Несмотря на данные исследований, показывающие, что предшествующая когнитивная способность является сильнейшим предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (Deary et al., 2012), мало исследований, изучающих связь между одновременным объемом мозга и контролем когнитивных способностей. Из тех исследований, которые имели (Murray et al., 2011; Staff et al., 2004), не было найдено поддержки для прогнозирования одновременных когнитивных функций по объемам мозга при контроле предшествующих способностей.
Уменьшение объема мозговой ткани в нормальном стареющем мозге неравномерно; серое вещество может начать сокращаться в раннем взрослом возрасте и после этого следовать довольно линейной схеме, тогда как объем белого вещества, как говорят, увеличивается примерно до среднего возраста, а затем начинает уменьшаться (Ge et al., 2002; Ziegler et al., 2010). Выводы о том, что уменьшение объема префронтального белого вещества значительно превышает уменьшение объема серого вещества в пожилом возрасте, особенно в 9-м десятилетии, позволяют предположить, что белое вещество более уязвимо для нормального старения (Salat et al., 1999). Кроме того, исследования показали, что расхождение между объемными изменениями в объеме ткани серого и белого вещества отражается в ассоциациях между этими тканями и когнитивными функциями (Raz et al., 2010).
Чтобы изучить связь между размером мозга и когнитивными способностями при старении, в настоящем исследовании мы проверили, влияет ли максимальный размер мозга в молодости (по оценке ICV) и текущий объем мозговой ткани на когнитивные способности в дальнейшей жизни.Затем мы протестировали вклады как текущих когнитивных способностей, так и изменений когнитивных способностей в течение жизни в объемах белого и серого вещества по отдельности. В целом, мы стремились обеспечить тщательную оценку относительного вклада широких показателей мозга и когнитивных функций в большой однородной по возрасту выборке в целом здоровых пожилых людей.
2. Метод
2.1. Участники
Когорта по рождению в Лотиане 1936 года (LBC1936) — это лонгитюдное исследование когнитивного старения, включающее людей, которые в основном принимали участие в Шотландском психиатрическом исследовании 1947 года (SMS1947) и проживали в Эдинбурге и его окрестностях (Лотиане) в около возраста 70 лет.Протоколы набора, визуализации мозга и когнитивного тестирования для LBC1936 подробно описаны ранее (Deary et al., 2007; Wardlaw et al., 2011).
В данном исследовании используются данные второй волны тестирования, в которой 866 участников (средний возраст = 72,5 года, SD = 0,7 года) вернулись для второй волны когнитивного тестирования. Из тех, кто вернулся, 700 прошли МРТ, из которых 672 выполнили все последовательности, необходимые для измерения объемов мозга для этого исследования. Из участников 41 был исключен из-за неполных когнитивных данных (возраст 11 IQ, 36; индивидуальные когнитивные оценки при оценке в волне 2, 5), и 11 участников были исключены, так как они набрали ≤24 баллов по Краткой шкале оценки психического состояния (MMSE).Оценка ≤24 по шкале MMSE — это широко используемый клинический порог, который считается показателем возможного патологического когнитивного нарушения (Folstein et al., 1975). Окончательная выборка составила 620 взрослых (327 мужчин, 52,7%).
На основании недавних исследований (O’Bryant et al., 2008; Stephan et al., 2010) и для проверки устойчивости моделей, описанных ниже, мы также оценили все модели, используя более консервативное пороговое значение MMSE, исключая все с баллами ≤28. Это было сделано для того, чтобы на результаты не оказали чрезмерного влияния пациенты с более низкими показателями MMSE и, следовательно, потенциально также пациенты с легкими когнитивными нарушениями или ранними стадиями деменции.В этом вторичном анализе были удалены еще 83 участника (мужчины, 57 лет; женщины, 26), в результате чего была выбрана выборка из 537 человек (270 мужчин, 50,3%).
2.2. Когнитивное тестирование
Когнитивные способности в возрасте 11 лет оценивались с помощью теста Moray House № 12 (MHT), который участники принимали как часть SMS1947. MHT включает в себя ряд элементов когнитивных способностей (следование указаниям, противоположности, классификация слов, аналогии, практические задания, рассуждения, пословицы, арифметика, пространственные элементы, смешанные предложения и расшифровка шифров) и является проверенной мерой общего интеллекта ( Дири и др., 2007). Показатели МГТ в возрасте 11 лет были преобразованы в оценку типа IQ (возраст 11 IQ; среднее значение = 100, SD = 15) после учета возраста в днях, в которые проводился тест.
Познавательные способности в более позднем возрасте измерялись с помощью 6 невербальных субтестов по шкале интеллекта взрослых Векслера (WAIS-III UK , Wechsler, 1998): 2 субтеста рабочей памяти (последовательность букв и размах цифр в обратном направлении), 2 подтесты скорости обработки (поиск символа и цифровой символ) и 2 теста невербального мышления (блочный дизайн и матричное рассуждение).
2.3. Получение изображения
Структурные данные МРТ были получены с помощью клинического сканера GE Signa Horizon HDxt 1.5 T (General Electric, Милуоки, Висконсин, США) с использованием набора самозащитных градиентов с максимальной силой градиента 33 м / мкм и 8- канальная фазированная антенная решетка головки. Обследование включало осевое сканирование T2W, T2_W и FLAIR, объемную последовательность T1W с высоким разрешением, полученную в корональной плоскости, последовательности аксиального T1W-градиентного эхо-сигнала (FSPGR) с 21 и 121 углами поворота для количественного T1-картирования и 2 стандартные последовательности спинового эха, полученные с и без МТ-импульса, приложенного на 1 кГц от резонансной частоты воды для МТ-МРТ (Wardlaw et al., 2011).
2.4. Анализ изображений
Весь анализ изображений проводился обученными аналитиками, не имеющими отношения к информации об участниках.
ICV включал содержимое внутри таблицы черепа с его нижним пределом в аксиальном срезе чуть выше кончика зубчатого штифта у большого затылочного отверстия и выше нижних границ миндалин мозжечка (Wardlaw et al., 2011 ). ICV, который включает ткань головного мозга, спинномозговую жидкость (CSF), вены и твердую мозговую оболочку, был получен полуавтоматически с использованием последовательности T2 * W с инструментом Object Extraction Tool в Analyze 9.0 (Mayo Clinic, Analyze 9.0. Analyze Direct, Inc. Mayo Clinic), обеспечивающая начальную сегментацию, которая была отредактирована вручную для удаления ошибочных структур.
ЦСЖ, поражения белого вещества, а также белое и серое вещество были извлечены с помощью MCMxxxVI (Valdés Hernández et al., 2010): полуавтоматической методики мультиспектральной сегментации, в которой используется слияние цветов для улучшения дифференциации тканей и квантование с минимальной дисперсией для размывания изображения. цветовой спектр и для создания бинарных масок рассматриваемой ткани или поражения.Комбинация T2 * W и FLAIR, обозначенных красным и зеленым цветом, соответственно, использовалась для извлечения CSF (обозначено красным цветом) и поражений белого вещества (обозначено желтым). Затем маски спинномозговой жидкости вычитали из ICV, чтобы определить общий объем мозговой ткани (TBV). Тот же метод был использован для изготовления масок белого вещества, но со слиянием объемов T2W и T1W (красного и зеленого цветов соответственно). В этой комбинации цвета и последовательности здоровое белое вещество было идентифицировано в ярко-зеленом цвете, в отличие от серого вещества и поражений белого вещества.Маски серого вещества были рассчитаны путем вычитания масок белого вещества и бинарных масок поражения белого вещества из ранее созданных масок ткани мозга.
2,5. Статистический анализ
Все модели были оценены с использованием моделирования многогрупповых структурных уравнений (MG-SEM). Этот тип моделирования имеет то преимущество, что моделирует скрытые конструкции и связи между ними с учетом ошибки измерения, обеспечивая при этом формальные тесты их эквивалентности в разных группах. В результате моделирование многогрупповым структурным уравнением обеспечивает надежные оценки ассоциаций.Все модели были оценены в Mplus 6.0 (Muthen and Muthen, 2010) с использованием оценки максимального правдоподобия.
В данном исследовании мы использовали многогрупповую модель для оценки параметров для мужчин и женщин отдельно. Пол, как известно, является одним из крупнейших источников изменчивости общего размера головы и мозга, и, учитывая нашу относительно большую выборку, мы решили моделировать половые различия напрямую, а не просто включать пол в качестве ковариаты. Входными данными для всех моделей были стандартизированные остатки после регрессии и, таким образом, с учетом дисперсии, связанной с возрастом в днях.Исключением был IQ в возрасте 11 лет, который является стандартизированной по возрасту оценкой типа IQ. Несмотря на узкий возрастной диапазон текущей когорты, возраст в днях по-прежнему составлял значительную ( p < 0,05) вариацию в объеме ткани мозга, объеме белого вещества, объеме серого вещества, блочном дизайне, кодировании цифровых символов, поиске символов и т. Д. и матричное рассуждение; демонстрируя важность учета влияния возраста.
2.5.1. Спецификация модели
Во-первых, важно указать, что во всех анализах TBV, белое вещество (WM) и серое вещество (GM) были стандартизированными остатками, контролирующими ICV.В модель 1 мы включили ICV и TBV в качестве предикторов общей когнитивной способности (g), чтобы оценить степень связи между показателями максимального размера мозга, текущего состояния мозга и текущей когнитивной способности. Затем мы включили IQ в возрасте 11 лет в качестве предиктора g, чтобы оценить, остаются ли ICV и TBV значимыми предикторами текущих способностей с учетом прошлых способностей. Таким образом, мы спрашивали, предсказывают ли ICV и TBV также изменение когнитивных способностей на протяжении жизни. В модели 2 мы следуем той же последовательности анализов, но заменяем TBV объемами WM и GM, чтобы проверить, согласуются ли ассоциации с конкретными типами тканей с g как у мужчин, так и у женщин.
2.5.2. Инвариантность измерения
Перед проверкой эквивалентности параметров регрессии у мужчин и женщин, инвариантность измерений была установлена для латентных конструкций. Инвариантность измерений гарантирует, что скрытые конструкции эквивалентны для разных групп, и требуется для значимой интерпретации параметров модели в разных группах (French and Finch, 2006). Мы установили конфигурационную инвариантность (эквивалентность модели факторных нагрузок) и метрическую инвариантность (степень факторных нагрузок) как для g, так и для скорости обработки.
После того, как инвариантность измерений установлена, интересующие параметры в моделях могут быть зафиксированы на эквивалентность, и правдоподобность этого ограничения проверяется с использованием разницы в χ 2 для соответствующего числа степеней свободы.
2.5.3. Оценка модели
В SEM степень соответствия модели данным оценивается с помощью индексов соответствия модели. Мы приняли пороговые значения на основании обзора (Schermelleh-Engel et al., 2003) ≤0.05 для стандартизованного среднеквадратичного остатка (SRMR), ≤0,06 для среднеквадратичной ошибки аппроксимации (RMSEA) и ≥0,95 для индекса Такера-Льюиса (TLI) и индекса сравнительного соответствия (CFI). При установлении того, выполняются ли предположения об инвариантности измерений для латентных конструкций, мы следуем Chen (2007) и предполагаем, что изменения CFI на -0,01 или меньше в сочетании с изменениями в RMSEA ≤0,015 поддерживают инвариантность измерений.
3. Результаты
Описательная статистика представлена в.Все переменные были приблизительно нормально распределены без значений асимметрии, превышающих ± 0,90, или значений эксцесса, превышающих ± 1,17, как у мужчин, так и у женщин.
Таблица 1
Описательная статистика когнитивных способностей и переменных изображения мозга в LBC1936 (N = 620)
| Характеристика | Среднее | SD | Искривление | Мужской эксцесс | Мужской эксцесс (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | Мужчина (n = 327) | Женщина (n = 293) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Возраст (лет) | 72.47 | 72,60 | 0,70 | 0,73 | 0,10 | −0,06 | −0,84 | −0,85 | |||||||||||||||
| MMSE | 28,75 | 28,75 | 2 | 1 | 0,25 | 1,18 | |||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 11 лет | |||||||||||||||||||||||
| .72 | 102,98 | 16,17 | 13,39 | −0,90 | −0,67 | 1,12 | 0,49 | ||||||||||||||||
| Когнитивные способности Возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Размах цифр назад | 7,85 | 8,04 | 2,27 | 2,24 | 0,34 | 0,30 | −0,03 | −0,30 | |||||||||||||||
| Блочная конструкция | 9632,93 | 10,53 | 8,85 | 0,28 | 0,56 | −0,28 | 0,76 | ||||||||||||||||
| Буквенно-числовой упорядочение | 11,07 | 0,4811,07 | 0,32 | 0,51 | |||||||||||||||||||
| Матричные рассуждения | 14,09 | 13,00 | 4,82 | 4,75 | −0,19 | −0,03 | −0.89 | −0,90 | |||||||||||||||
| Кодирование цифровых символов | 54,78 | 58,95 | 12,17 | 11,27 | 0,19 | 0,22 | −0,36 | 6,23 | 5,69 | −0,31 | −0,16 | 0,55 | 0,93 | ||||||||||
| Расчетный объем мозга в детстве | см 3 ) | 1536.93 | 1355,39 | 113,20 | 101,08 | 0,25 | 0,28 | −0,15 | −0,13 | ||||||||||||||
| Объем мозга возраст 73 года | |||||||||||||||||||||||
| Общий объем мозговой ткани (см 3 ) | 1175,08 | 1070,08 | 100,03 | 83,70 | 0,16 | 0,14 | −0.07 | −0,18 | |||||||||||||||
| Объем белого вещества (см 3 ) | 522,22 | 468,04 | 84,87 | 68,89 | 0,46 | 0,17 | 9038 9038 серый объем | 0,20 см 3 ) | 521,59 | 476,49 | 71,80 | 62,36 | 0,14 | 0,01 | 1,17 | −0,13 | |||||||
без корректировки.Значимые положительные корреляции между тестами когнитивных способностей у мужчин (r = 0,29–0,65) и женщин (r = 0,20–0,58) подтверждают моделирование фактора скрытых когнитивных способностей, g. Были выявлены повсеместно положительные корреляции между тестами когнитивных способностей и общим объемом ткани головного мозга (мужчины r = 0,18–0,34; женщины r = 0,10–0,25) и белого (мужчины r = 0,13–0,26; женщины r = 0,04–0,18) и серого вещества. (самцы r = 0,04–0,26; самки r = 0,01–0,13) объемов. Возраст показал несколько значимых ассоциаций как с когнитивными переменными, так и с переменными объема мозга у мужчин (r = -0.18–0,13) и женщин (r = –0,23–0,11), что подтверждает его включение в качестве ковариаты, несмотря на узкий возрастной диапазон в этой когорте.
Таблица 2
Корреляции Пирсона между независимыми, зависимыми и ковариатными переменными
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8352 | 9 | 9 10 | 11 | 12 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.Возраст | — | −0,14 ∗ | −0,05 | −0,03 | −0,02 | 0,05 | −0,17 ∗∗ | −0,14 ∗ 9000 −4| −0,14 ∗ 9000 −4 | | ∗ −0,23 † | 0,11 | ||
| 2. IQ 11 лет | −0,04 | — | 0,44 † | 0,40 † | † | 0,40 † | † † | 0.35 † | 0,35 † | 0,12 ∗ | 0,11 | 0,11 | −0,01 |
| 3. Конструкция блока | −0,18 ∗8 0,48 — | 0,53 † | 0,29 † | 0,31 † | 0,38 † | 0,42 † | 0,19 ∗ | 0,19 ∗ | 0389 0385 15 ∗∗ | 0,07 | |||
| 4. Матричное обоснование | −0,12 ∗ | 0,41 † | 0,49 † | — | 0,33 9000 0,39 | 0,28 † | 0,24 † | 0,09 | 0,14 ∗ | 0,14 ∗ | 0,01 | ||
| 5. Размах цифр назад | ,1133 †0,29 † | 0,35 † | — | 0,47 † | 0,20 † | 0,1889 ∗ 0,07389 0,0389 0,038 ∗ | 0,0389 0,0389 | ||||||
| 6. Последовательность букв и цифр | −0,11 | 0,39 † | 0,33 † | 0,38 † | 0,56 † | — | .27 †0,21 † | 0,07 | 0,10 | 0,08 | 0,04 | ||
| 7. Цифр. | 0,43 † | 0,38 † | 0,51 † | — | 0,58 † | 0,11 | 0,22 †005 | 0,13 †00 | 0,13 13 ∗∗ | ||||
| 8. Поиск по символам | −0,13 ∗ | 0,41 † | 0,48 † | 0,42 † | 0,3788 † | 0,3788 †84 | 0,65 † | — | 0,06 | 0,17 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,04 | |
| 9. ICV | −0,01 | 17 ∗∗0,11 ∗ | 0,14 ∗∗ | 0,11 | 0,21 † | 0,26 † | — | 0,8381 0,42 † | |||||
| 10. Объем мозга | −0,13 ∗ | 0,26 † | 0,25 † | 0,18 ∗∗ | 0,23 ∗∗ | 0,23 2 † | 0,33 † | 0,34 † | 0,82 † | — | 0,58 † | 0,52 † | 0,18 ∗∗ | 0,18 ∗∗ | 0,13 ∗ | 0,19 ∗∗ | 0,24 † | 0,24 † | 0,2685898989 0.51 † | 0,61 † | — | -0,07 |
| 12. Объем GM | 0,13 ∗ | 0,11 ∗ | 00 0,140,0389 0,0389 | 0,04 | 0,18 ∗∗ | 0,26 † | 0,36 † | 0,48 † | −0,09 | — |
Общий объем мозга и объем белого вещества имеют несколько умеренно значимых ассоциаций с индивидуальными подтестами когнитивных способностей как у мужчин, так и у женщин, тогда как ассоциации с объемом серого вещества в основном невелики и несущественны. Однако корреляции, представленные в, являются необработанными корреляциями, не скорректированными на ICV и возраст, и, как таковые, в некоторой степени отличаются от оценок, представленных в окончательных моделях.
Наконец, также представлены оценки связи между ICV и параллельным объемом мозга, которые сильно коррелируют как у мужчин, так и у женщин (0,82, p <0,001 и 0,83, p <0,001, соответственно). Серое вещество демонстрирует более слабые ассоциации как с ICV, чем с белым веществом, у мужчин (ICV, 0,36 против 0,51) и женщин (ICV, 0,42 против 0,51).
Перед тестированием основных моделей мы сначала установили инвариантность измерения в модели измерения g для мужчин и женщин.Модель показала отличное соответствие данным (χ 2 = 22,73 (12), p <0,05; CFI = 0,99; TLI = 0,97; RMSEA = 0,054; SRMR = 0,023), а разница в модели соответствовала модели конфигурационной и метрической инвариантности попали в предложенный диапазон соответствия модели (Δχ 2 = 7,21 (5), p > 0,05; ΔCFI = 0,00; ΔRMSEA = -0,004). Таким образом, модель измерения считалась инвариантной по полу на метрическом уровне, при этом все последующие модели выполнялись с учетом ограничений инвариантности.
Модели 1 и 2 показали отличное соответствие данным (окончательные результаты см. В разделе). Когда все пути в окончательных моделях были последовательно ограничены эквивалентностью для мужчин и женщин, никакие различия χ 2 не достигли статистической значимости (Δχ 2 ≥ 3,84, p < 0,05). Следовательно, в текущей выборке не было значительных различий в величине оценок параметров в мужской и женской моделях.
Структурная схема для моделей 1 и 2.Все переменные являются остатками, учитывающими возраст. Все значения представляют собой стандартизированные оценки параметров. Оценки берутся из окончательных моделей с параметрами, ограниченными по группам. Оценки параметров представлены отдельно для мужчин (вверху) и женщин (внизу). Примечание: никаких различий между мужскими и женскими моделями не было. Все значения значимы как минимум p <0,05. Модель подходит для модели 1 (χ 2 = 59,59 (53), p = 0,25; CFI = 1,00; TLI = 0.99; RMSEA = 0,020; SRMR = 0,034) и модель 2 (χ 2 = 88,42 (64), p <0,05; CFI = 0,98; TLI = 0,98; RMSEA = 0,035; SRMR = 0,036) были отличными. Сокращения: БД - блочная конструкция; DB, диапазон цифр назад; DS - кодирование символов цифр; GM - объем серого вещества; ICV - внутричерепной объем; LN, буквенно-цифровая последовательность; MHT, возраст 11 лет, MHT IQ; MR, матричное рассуждение; SS, поиск символа; TBV - общий объем мозга; WM, объем белого вещества.
Для модели 1 мы сначала протестировали модель, включающую только ICV и TBV, но не предшествующие когнитивные способности.И ICV, и TBV были значимыми предикторами текущей когнитивной способности как у мужчин (ICV = 0,19, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001), так и у женщин (ICV = 0,21, p < 0,001; TBV = 0,30, p < 0,001). Комбинированные ICV и TBV составляли примерно 14% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Затем мы включили предшествующие способности (MHT) в качестве предиктора текущего уровня способностей (A). Предыдущие способности были самым сильным предиктором текущих способностей (мужчины, 0.61, p < 0,001; женщины, 0,64, p < 0,001). ICV и TBV оставались значимыми предикторами текущих когнитивных способностей; однако величина ассоциации с ICV снизилась до 0,08 ( p < 0,05). В целом, MHT, ICV и TBV составляли примерно 52% дисперсии когнитивных способностей в более позднем возрасте.
Точно так же для модели 2 мы сначала протестировали модель, исключая предыдущие способности. В этой модели ICV (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0.23, p < 0,001), WM (мужчины, 0,22, p < 0,001; женщины, 0,21, p < 0,001) и GM (мужчины, 0,18, p < 0,001; женщины, 0,18, p < 0,001) были значимыми предикторами текущих когнитивных способностей, составляющих в совокупности 11% дисперсии когнитивных способностей. С учетом предшествующей способности (B) величина ассоциации с ICV снизилась (мужчины, 0,10, p < 0,05; женщины, 0,11, p < 0,05), но оставались значимыми.Величины ассоциаций с WM и GM были примерно равны. В целом, в модели 2 на MHT, ICV, GM и WM приходилось примерно 48% дисперсии текущих когнитивных способностей.
Не было существенных различий ни в модели 1, ни в модели 2, когда модели были переоценены с использованием подвыборки участников, набравших ≥28 баллов по MMSE (n = 537). Пути регрессии ICV к g в модели 1 не смогли достичь значимости в сокращенной выборке, но оценки параметров были идентичны во втором десятичном разряде, что указывает на отсутствие значимости из-за уменьшения мощности с размером выборки.
3.1. Стабильность ICV на протяжении всей жизни
Модели, рассмотренные выше, предполагают, что стабильность максимального размера мозга ICV достигается в молодом возрасте. Чтобы подтвердить это предположение, мы представляем данные из свободно доступного набора данных МРТ (http://www.oasis-brains.org) 416 здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 96 лет. Во-первых, ICV и TBV достоверно коррелируют в молодом возрасте (18–28 лет; r = 0,85, n = 135, p = 0,00), показывая, что ICV является хорошим маркером индивидуальных различий TBV у молодых людей.Как показано на, при группировке по десятилетию, среднее значение ICV отличается между самой молодой (18–28 лет) и самой старшей группой (84–96 лет) на 65 см 3 , что меньше стандартного отклонения 158 см 3 измерено по всей выборке (возраст 18–96 лет). Среднее процентное значение TBV, выраженное в процентах от ICV, показывает снижение на 14,1% между самой молодой (84,7%) и самой старшей группами (70,6%), где стандартное отклонение для всей группы составляет 6%.
Таблица 3
Средний расчетный внутричерепной объем (eTIV) и процент от общего объема мозга eTIV (TBV), сгруппированные по десятилетиям, во всем наборе данных и разбитые по полу
| Возрастная группа (y) | n | Мужчина / женщина | Возраст, y, среднее (СО) | eTIV (cm 3 ), среднее (SD) | TBV, (% eTIV) среднее (SD) |
|---|---|---|---|---|---|
| 18–28 | 135 | 59/76 | 22.07 (2,58) | 1515 (150) | 84,7 (1,9) |
| 29–39 | 19 | 13/6 | 32,68 (3,35) | 1511 (133) | 83,1 (2,0) |
| 40–50 | 36 | 12/24 | 46,19 (2,97) | 1446 (164) | 82,1 (2,3) |
| 51–61 | 33 | 10/23 | (3,11) | 1462 (161) | 81,0 (2,2) |
| 62–72 | 63 | 23/40 | 68.27 (3,08) | 1449 (138) | 75,8 (4,2) |
| 73–83 | 90 | 29/61 | 77,68 (3,32) | 1478 (182) | 73,2 (3,2) |
| 84–96 | 40 | 14/26 | 88,03 (3,01) | 1450 (149) | 70,6 (3,4) |
участков ICV (A) и TBV (B) по возрасту для вся выборка, самцы и самки. Во всех случаях ICV остается в целом стабильным в зависимости от возраста, тогда как TBV снижается с возрастом примерно одинаково во всей выборке, как у мужчин, так и у женщин.
График, отображающий стабильность ICV от молодости к старости (A) и снижение процента ткани мозга в ICV от молодости до старости (B). Данные (N = 416) были взяты из базы данных изображений с открытым исходным кодом (http://www.oasis-brains.org). Данные нанесены на график для всей выборки и отдельно для мужчин и женщин.
4. Обсуждение
Текущие результаты показывают, что когнитивные способности в возрасте 73 лет частично зависят от предшествующих когнитивных способностей, предшествующего или максимального размера мозга и текущего объема мозговой ткани.Исследование также показало, что в целом наблюдались сходные, умеренные поперечные связи между размером мозга и когнитивными способностями в детстве и пожилом возрасте, хотя для определения размера мозга в юности приходилось использовать оценку (ICV).
Во всех моделях текущий объем мозговой ткани был более сильным предиктором когнитивных способностей в более позднем возрасте (как с учетом прошлых способностей, так и без них), чем ICV, повторяя результаты нескольких прошлых исследований (Cardenas et al., 2011; Sluimer et al. , 2008). Однако важно отметить, что небольшое, но значительное влияние ICV на когнитивные способности в более позднем возрасте сохранилось в обеих моделях.Величина этих ассоциаций существенно не различалась у мужчин и женщин. Учитывая текущий размер выборки, мы считаем эти ассоциации точными и надежными. Таким образом, текущее исследование подтверждает лишь очень скромную связь максимального размера мозга с когнитивными способностями в пожилом возрасте. Несмотря на то, что эта связь является слабой, она демонстрирует некоторую поддержку гипотезы пассивного мозгового резерва, которая предполагает, что более крупный мозг может выдержать большее количество травм до появления клинических или когнитивных нарушений (Stern, 2009), хотя и устанавливает существенную или практическую важность этой связи. между ICV и когнитивными способностями в дальнейшей жизни сложно.
Большое количество исследований касалось того, имеет ли ухудшение состояния серого или белого вещества большее влияние на когнитивное старение (Taki et al., 2011; Ziegler et al., 2010), с неоднозначными результатами. В текущем исследовании влияние объема белого и серого вещества на g было в значительной степени одинаковым и сохранялось как у мужчин, так и у женщин, что предполагает сопоставимое влияние на когнитивные способности в дальнейшей жизни. Однако, как было отмечено ранее (Ziegler et al., 2010), ухудшение состояния серого и белого вещества может локализоваться в разных областях мозга и, следовательно, может по-разному влиять на познание.Таким образом, хотя ассоциации могут быть сопоставимы для объемов всего мозга как серого, так и белого вещества, функциональный эффект может быть дифференцированным из-за их роли в основных нейронных сетях.
Как отмечалось ранее, простой корреляционный анализ в текущем исследовании предоставил ряд важных оценок для исследовательской литературы как по размеру мозга и когнитивным функциям, так и по ICV и текущему состоянию мозга у стареющих людей. В частности, мы обнаружили положительную связь между объемом мозга и познанием как у молодежи (мужчины, 0.28; женщины, 0,12), где ICV в пожилом возрасте использовался как индикатор размера мозга в молодости и в более позднем возрасте (мужчины, 0,27; женщины, 0,26). Эти результаты полностью согласуются с предыдущим метаанализом Макдэниела (2005) и литературными обзорами Раштона и Анкни (2009) и Миллера и Пенке (2007). Наши результаты вносят значительный вклад в эту литературу, поскольку наша единичная выборка (N = 620, полная выборка; n = 537, MMSE ≥28) составляет примерно 40–45% от общей выборки, указанной в этих количественных обзорах.Более того, эта выборка дает оценки размеров этих эффектов на протяжении 60 лет жизни одних и тех же субъектов.
У исследования есть несколько сильных сторон. Редко можно получить доступ к оценкам когнитивных способностей от молодежи в более старшем возрасте. Выборка большая и однородная по возрастному диапазону участников. Таким образом, наш анализ приобретает статистическую силу и естественным образом контролирует смешивающий эффект хронологического возраста (Hofer et al., 2006). Дополнительным преимуществом нашей большой выборки была возможность надежно оценивать модели у мужчин и женщин независимо, а не просто включать пол в качестве ковариаты в статистический анализ.Учитывая большой набор хорошо проверенных когнитивных тестов, проводимых в пожилом возрасте, и большой размер выборки, мы смогли оценить все модели с помощью SEM, что позволило получить надежные оценки конструкций скрытых когнитивных способностей, которые явно учитывают ошибку измерения, и позволяя одновременно оценка всех основных и ковариантных параметров.
Возможным ограничением данного исследования было предположение, что ICV остается статичным после достижения максимального размера мозга в молодости.Хотя проверить это предположение на наших первичных данных не удалось, доступны вторичные данные, которые подтверждают это предположение. В частности, анализ данных МРТ головного мозга в открытом доступе показал, что ICV остается в целом стабильным на протяжении всей взрослой жизни в объединенной выборке из поперечных исследований, тогда как доля ткани мозга в процентах от ICV снижается с возрастом. Однако, хотя представленные данные поперечного сечения подтверждают наше предположение, для полного подтверждения потребуется продольная визуализация от юности до пожилого возраста, данные, которые, насколько известно авторам, в настоящее время недоступны.
Еще одна проблема, связанная со стабильностью ICV на протяжении всей жизни, заключается в том, что потенциальное влияние возрастных изменений черепа, таких как утолщение внутренней поверхности черепа (May et al., 2010), может привести к заниженной оценке мозга. изменяется, когда ICV используется в качестве меры преморбидного объема мозга, особенно потому, что утолщение черепа на внутреннем столе, как известно, больше влияет на женщин, чем на мужчин. Однако на данный момент нет надежных методов оценки ICV, учитывающих эффект утолщения внутренней части черепа.Таким образом, мы признаем возможность предвзятости из-за таких эффектов, но мы не можем внести какие-либо разумные корректировки в текущие результаты.
В будущих исследованиях мы стремимся изучить процесс старения более подробно, используя многократные измерения широких и конкретных когнитивных функций и параметров мозга. В текущем исследовании наша оценка когнитивных способностей в детстве представляла собой общий показатель IQ, и поэтому мы уделяли особое внимание общим когнитивным способностям (g) в дальнейшей жизни как главному результату.Тем не менее, мы признаем, что когнитивные способности, как известно, состоят из нескольких различных областей, и будущие исследования с дополнительными продольными данными, которые в настоящее время недоступны, смогут рассмотреть связи между этими областями и продольно измеряемой атрофией мозга.
Настоящее исследование дает ряд важных выводов относительно связи между статусом мозга и когнитивными способностями в пожилом возрасте. Во-первых, как предыдущий, так и текущий размер мозга являются важными предикторами текущих когнитивных способностей, помимо влияния предшествующих когнитивных способностей.Во-вторых, эффекты были очень похожи для белого и серого вещества. Эти выводы верны как для мужчин, так и для женщин.
Заявление о раскрытии информации
Авторы заявляют, что у них нет фактических или потенциальных конфликтов интересов в отношении этой работы.
Благодарности
Мы благодарим участников LBC1936; Джени Корли, Кэролайн Бретт, Мишель Тейлор и Кэролайн Кэмерон за сбор данных; секретарь исследования LBC1936 Паула Дэвис; медсестры, рентгенологи и другой персонал Центра клинических исследований Wellcome Trust, Эдинбург (http: // www.wtcrf.ed.ac.uk) и Центр визуализации мозга при Эдинбургском университете (http://www.bric.ed.ac.uk). Эта работа была поддержана грантом программы Research Into Aging (IJD и JMS) и проектом Disconnected Mind, финансируемым Age UK (http://www.disconnectedmind.ed.ac.uk; IJD, JMS и JMW), с дополнительное финансирование от Совета по медицинским исследованиям (IJD, JMS, JMW и MEB). J.M.W. поддерживается Шотландским финансовым советом в рамках сотрудничества SINAPSE (http: // www.sinapse.ac.uk). Визуализация была выполнена в Центре визуализации мозга при Эдинбургском университете, в центре сотрудничества SINAPSE. Текущий анализ был проведен в Центре когнитивного старения и когнитивной эпидемиологии Эдинбургского университета (http://www.ccace.ed.ac.uk), который является частью Межсоветной инициативы «Здоровье и благополучие на протяжении всей жизни» (G0700704 / 84698). Благодарим за финансирование со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук, Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук, Совета по экономическим и социальным исследованиям и Совета по медицинским исследованиям.Мы благодарим OASIS за данные поперечного сечения, использованные в этой статье; P50 AG05681, P01 AG03991, R01 AG021910, P50 MH071616, U24 RR021382, R01 MH56584.
Сноски
N.A.R., T.B., I.J.D. и J.M.W. внес равный вклад в эту работу.
Ссылки
Блаттер Д.Д., Биглер Е.Д., Гейл С.Д., Джонсон С.С., Андерсон С.В., Бернетт Б.М., Паркер Н., Курт С., Хорн С.Д. Количественный объемный анализ МРТ головного мозга: нормативная база данных за 5 десятилетий жизни. Являюсь. J. Neuroradiol.1995; 16: 241–251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] О’Брайант С.Э., Хамфрис Дж. Д., Смит Г. Е., Ивник Р. Дж., Графф-Рэдфорд Н. Р., Петерсон Р. С., Лукас Дж. А. Выявление слабоумия с помощью Краткого исследования психического состояния у высокообразованных лиц. Arch. Neurol. 2008; 65: 963–967. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Карденас В.А., Чао Л.Л., Студхолм К., Яффе К., Миллер Б.Л., Мэдисон С., Бакли С.Т., Мунгас Д., Шафф Н., Вайнер М.В. Атрофия мозга, связанная с базовые и продольные измерения познания.Neurobiol. Старение. 2011; 32: 572–580. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Chen F.F. Чувствительность показателей согласия к отсутствию инвариантности измерений. Struct. Equat. Модель. 2007; 14: 464–504. [Google Scholar] Courchesne E., Chisum H.J., Townsend J., Cowles A., Covington J., Egaas B., Harwood M., Hinds S., Press G.A. Нормальное развитие мозга и старение: количественный анализ при МРТ in vivo у здоровых добровольцев. Радиология. 2000. 216: 672–682. [PubMed] [Google Scholar] Уважаемый И.Дж., Гоу А.J., Taylor MD, Corley J., Brett C., Wilson V., Campbell H., Whalley LJ, Visscher PM, Porteous DJ, Starr JM Когорта Lothian по рождению 1936 г .: исследование для изучения влияния на когнитивное старение с 11 лет. до 70 лет и старше. BMC Geriatr. 2007; 7: 28. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Ученый Google] Дири Ай Джей, Ян Дж., Дэвис Г., Харрис С. Е., Тенеса А., Ливальд Д., Лучано М., Лопес Л. М., Гоу А. Дж., Корли Дж., Редмонд П. ., Fox HC, Rowe SJ, Haggerty P., McNeill G., Goddard ME, Porteous DJ, Whalley L.J., Starr J.M., Vizzcher P.M. Генетический вклад в стабильность и изменение интеллекта от детства до старости. Природа. 2012; 482: 212–215. [PubMed] [Google Scholar] Дрисколл И., Давацикос К., Ан Й., Ву Х., Шен Д., Краут М., Резник С.М. Продольный характер изменения регионального объема головного мозга отличает нормальное старение от MCI. Неврология. 2009; 72: 1906–1913. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фариас С.Т., Мунгас Д., Рид Б., Кармайкл О., Беккет Л., Харви Д., Олични Дж., Симмонс А., ДеКарли С. Максимальный размер мозга остается важным показателем когнитивных функций в пожилом возрасте, независимо от текущей патологии головного мозга. Neurobiol. Старение. 2012; 33: 1758–1768. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Фолштейн М.Ф., Фолштейн С.Э., МакХью П.Р. Мини-психическое состояние. Практический метод оценки когнитивного состояния пациентов для клиницистов. J. Psychiatry Res. 1975. 12: 189–198. [PubMed] [Google Scholar] French B.F., Finch W.H. Подтверждающие факторные аналитические процедуры для определения инвариантности измерений.Struct. Equat. Модель. 2006; 13: 378–402. [Google Scholar] Ge Y., Grossman R.I., Babb J.S., Rabin M.L., Mannon L.J., Kolson D.L. Связанные с возрастом изменения общего серого и белого вещества в нормальном мозге взрослого человека. Часть I: объемный анализ МРТ. Являюсь. J. Neuroradiol. 2002; 23: 1327–1333. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Гислетта П., Рэббитт П., Ланн М., Линденбергер У. Две трети возрастных изменений жидкого и кристаллизованного интеллекта, скорости восприятия и памяти во взрослом возрасте являются общими .Интеллект. 2012; 40: 260–269. [Google Scholar] Хофер С.М., Флаэрти Б.П., Хоффман Л. Поперечный анализ данных, зависящих от времени: ассоциация, вызванная средним значением в неоднородных по возрасту выборках, и альтернативный метод, основанный на последовательных выборках узких возрастных когорт. Мультивар. Behav. Res. 2006. 41: 165–187. [PubMed] [Google Scholar] МакЛаллич А.М., Фергюсон К.Дж., Дири И.Дж., Секл Дж.Неврология. 2002; 59: 169–174. [PubMed] [Google Scholar] Мэй Х., Пелед Н., Дар Дж., Аббас Дж., Медлей Б., Машарави Ю., Гершковиц И. Внутренний гиперостоз фронтальной мышцы и подавление андрогенов. Анат. Рек. 2010; 239: 1333–1336. [PubMed] [Google Scholar] МакДэниел М.А. Люди с большим мозгом умнее: метаанализ взаимосвязи между объемом мозга in vivo и интеллектом. Интеллект. 2005. 33: 337–346. [Google Scholar] Миллер Г.Ф., Пенке Л. Эволюция человеческого интеллекта и коэффициент аддитивной генетической изменчивости в размере человеческого мозга.Интеллект. 2007. 32: 97–114. [Google Scholar] Мори Э., Хироно Н., Ямасита Х., Имамура Т., Икеджири Ю., Икеда М., Китагаки Х., Шимомура Т., Йонеда Ю. Размер мозга преморбидного типа как определяющий фактор резервной способности в отношении интеллектуального снижение заболеваемости болезнью Альцгеймера. Являюсь. J. Психиатрия. 1997. 154: 18–24. [PubMed] [Google Scholar] Мюррей А.Д., Стафф Р.Т., Макнил С.Дж., Саларирад С., Ахерн Т.С., Мустафа Н., Уолли Л.Дж. Баланс между когнитивным резервом и биомаркерами цереброваскулярных заболеваний и болезней Альцгеймера при визуализации мозга.Головной мозг. 2011; 134: 3687–3696. [PubMed] [Google Scholar] Мутен Л.К., Мутен Б.О. шестое изд. Muthen & Muthen; Лос-Анджелес, Калифорния: 2010. Руководство пользователя Mplus. [Google Scholar] Плассман Б.Л., Уильямс Дж. У., Берк Дж. Р., Холсингер Т., Бенджамин С. Систематический обзор: факторы, связанные с риском и возможное предотвращение когнитивного снижения в более позднем возрасте. Аня. Междунар. Med. 2010. 153: 182–193. [PubMed] [Google Scholar] Раз Н., Гислетта П., Родриг К. М., Кеннеди К. М., Линденбергер Ю. Траектории старения мозга у людей среднего и пожилого возраста: региональные и индивидуальные различия.Нейроизображение. 2010; 51: 501–511. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Salat D.H., Kaye J.A., Janowsky J.S. Объемы префронтального серого и белого вещества при здоровом старении и болезни Альцгеймера. Arch. Neurol. 1999; 56: 338–344. [PubMed] [Google Scholar] Шермелле-Энгель К., Мосбруггер Х., Мюллер Х. Оценка соответствия моделей структурных уравнений: тесты значимости и описательные критерии согласия. Методы Психол. Res. 2003; 8: 23–74. [Google Scholar] Шенкин С.Д., Риверс К.С., Дири И.Дж., Starr J.M., Wardlaw J.M. Максимальный (предшествующий) размер мозга, а не атрофия, коррелирует с когнитивными функциями у пожилых людей, проживающих в сообществе: перекрестное нейровизуализационное исследование. BMC Geriatr. 2009; 9: 12. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Sluimer JD, van der Flier WM, Karas GB, Fox NC, Scheltens P., Barkhof F., Vrenken H. Частота атрофии всего мозга и снижение когнитивных функций: продольное МРТ исследование пациенты клиники памяти. Радиология. 2008; 248: 590–598. [PubMed] [Google Scholar] Staff R.T., Мюррей А.Д., Дири И.Дж., Уолли Л.Дж. Что обеспечивает мозговой резерв? Головной мозг. 2004; 127: 1191–1199. [PubMed] [Google Scholar] Стефан Б.К.М., Савва Г.М., Брейн К., Бонд Дж., МакКейт И.Г., Мэтьюз Ф.Э., MRC CFAS Оптимизация легких когнитивных нарушений для распознавания риска деменции среди пожилого населения в целом. Являюсь. J. Geriatr. Психиатрия. 2010. 18: 662–673. [PubMed] [Google Scholar] Таки Ю., Киномура С., Сато К., Гото Р., Ву К., Кавасима Р., Фукуда Х. Корреляция между объемом серого / белого вещества и познавательными функциями у здоровых пожилых людей.Brain Cogn. 2011; 75: 170–176. [PubMed] [Google Scholar] Вальдес Эрнандес М.С., Фергюсон К.Дж., Чаппелл Ф.М., Вардлоу Дж. М. Новый метод слияния мультиспектральных данных МРТ для сегментации поражения белого вещества: метод и сравнение с пороговым значением в изображениях FLAIR. Евро. Радиол. 2010; 20: 1684–1691. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] Wardlaw JM, Bastin ME, Valdés Hernández MC, Muñoz Maniega S., Royle NA, Morris Z., Clayden JD, Sandeman EM, Eadie E., Murray C., Starr JM , Дорогой IJСтарение мозга, познание в молодости и старости и сосудистые заболевания в когорте Lothian Birth 1936: обоснование, дизайн и методология протокола визуализации. Intl. J. Stroke. 2011; 6: 547–559. [PubMed] [Google Scholar] Векслер Д. Психологическая корпорация; Лондон, Великобритания: 1998. WAIS-III UK Руководство по администрированию и подсчету баллов. [Google Scholar] Вольф Х., Крюггель Ф., Хенсель А., Валунд Л.-О., Арендт Т., Герц Х.-Ж. Взаимосвязь между размером головы и внутричерепным объемом у пожилых людей.Brain Res. 2003; 973: 74–80. [PubMed] [Google Scholar] Зиглер Д.А., Пигет О., Салат Д.Х., Принц К., Конналли Э., Коркин С. Познание в процессе здорового старения связано с региональной целостностью белого вещества, но не с толщиной коры. Neurobiol. Старение. 2010; 31: 1912–1926. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]Размер мозга и соотношение объема мозга и внутричерепного объема при серьезном психическом заболевании | BMC Psychiatry
При обсуждении этих результатов необходимо рассмотреть несколько вопросов. Во-первых, можно сравнить наши абсолютные значения с ранее опубликованными результатами в медицинской литературе для этих групп субъектов.Для сравнения мы выбрали недавние публикации с использованием тонких смежных срезов МРТ.
Сравнения контрольных объемов
Что касается контрольных субъектов, мы изучили, как наши значения TBV и ICV сравниваются со значениями TBV и ICV, извлеченными из 5 других опубликованных исследований с участием 243 здоровых субъектов (сравнительные исследования включают исследования Тансканнена [12], Нарр [13], Аранго [14], Мацумаэ [15] и Блаттер [16] Эти сравнения проиллюстрированы в таблице 3.
Таблица 3 Сравнительные таблицы для ICV и TBV — все в мл.Наши средние значения ICV и TBV как для мужчин, так и для женщин находились в пределах диапазона средств этих исследований. Наши значения ICV различались на 0,3% у мужчин и 1,6% у женщин; для TBV наши результаты различались на 0,2% у мужчин и 1,2% у женщин. Таким образом, мы считаем, что ICV и TBV у контрольных субъектов в нашем исследовании выгодно отличаются от тех, о которых сообщили другие исследователи.
Сравнения томов шизофрении
Мы сравнили наши результаты у пациентов с шизофренией с опубликованными значениями в трех других недавних исследованиях, в которых сообщалось о BV и ICV при шизофрении, исследованиях Нарра [13], Арранго [14] и Тансканена [12]. ].Эти сравнения проиллюстрированы в таблице 4.
Таблица 4 Сравнительные таблицы для шизофренических (Sz) объемов — все в мл.Наши значения для ICV и TBV вполне сопоставимы с другими опубликованными значениями. Стандартное отклонение в нескольких исследованиях довольно схожи и обычно велико — в районе 100-150 кубических сантиметров или около 8-12% от общего объема мозга. Для наглядности среднее значение средних значений также сведено в таблицу для сравнения с индивидуальными значениями исследования.
Харрисон в обзоре невропатологии шизофрении за 1999 год отмечает, что, несмотря на более чем столетние исследования по этой теме, детали остаются неясными, а исследования с использованием метаанализов чаще всего подтверждают доказательства увеличения объема желудочков и отдельных сокращений (кора и гиппокамп). ) в объеме мозга [17]. Интересно, однако, что в метаанализе Харрисона эта разница не проявлялась до возрастной группы мужчин от 50 до 60 лет, а у женщин до 70 лет была неоднозначной, а исследуемая популяция была моложе.
В метаанализе, проведенном Вудсом и его коллегами, использовались данные из 20 публикаций, посвященных ICV и TBV в SZ, с участием в общей сложности 1049 контрольных и 982 пациентов с данными TBV, а также 942 контрольных и 889 пациентов с дополнительным мозговым объемом (ECV). Пациенты с SZ продемонстрировали снижение TBV на 34cc и увеличение ECV на 14,1cc [18]. Эти различия, хотя и статистически значимые, были небольшими, указывая на то, что очень большое значение N необходимо, чтобы такие небольшие различия считались значимыми.При объемах мозга обычно в диапазоне 1200-1400 куб. См и стандартном отклонении в диапазоне 100 куб. См, разница в 34 куб.
В свете двух крупных метаанализов, сообщающих о схожих, но довольно небольших различиях в TBV между пациентами NC и SZ, возникает вопрос, почему в подавляющем большинстве ранее опубликованных исследований с использованием относительно небольших Ns довольно часто сообщалось о статистически значимых различиях у относительно небольших пациентов. группы.Одной из проблем является возможный фенотипический дрейф, при котором тип пациента, включенного в данную диагностическую когорту, со временем меняется. Конечно, хронически госпитализированные и не принимающие лекарства (по нынешним стандартам) шизофреники, возможно, слабоумные, изучаемые в начале прошлого века, сильно отличаются от пациентов, изученных в этом отчете, которые принимают новейшие антипсихотические препараты, часто могут жить самостоятельно и могут сами прийти в лабораторию на автомобиле или общественном транспорте.Таким образом, как среда проживания, так и лечебные препараты исследуемых популяций существенно различаются во времени. Розенцвейг [19] был одним из первых, кто продемонстрировал глубокое влияние окружающей среды на структуру мозга, и замечательная пластичность мозга в ответ на опыт была продемонстрирована на многих уровнях [20].
Трудно точно определить возможную роль лекарств. По-видимому, существуют различия во влиянии типичных и атипичных нейролептиков на изменение объема серого вещества при шизофрении [21], но об общем объеме мозга не сообщалось.Более старые исследования изображений головного мозга, как правило, имели меньшее разрешение из-за толщины срезов и связанных с этим различий, хотя, по-видимому, это только увеличивало бы разброс данных. Наконец, может ли играть роль «проблема ящика файлов» [22], когда публикуются только те исследования, которые достигают формальной статистической значимости, а несущественные исследования отправляются в ящик файлов, чтобы никогда не увидеть свет? В той степени, в которой присутствует такой феномен, также увеличивается риск неблагоприятного воздействия на метаанализы.К сожалению, пока нет четкого метода изучения потенциальной значимости этих вопросов.
Что касается VBR, мы обнаружили, что у субъектов SZ были значения, значительно превышающие контрольные, что согласуется с большей частью опубликованной литературы. Одним из первых наблюдений в ранних исследованиях визуализации в SZ было свидетельство увеличения желудочков, хотя, опять же, как и в случае с другими переменными, величина эффекта, похоже, со временем уменьшалась, как ранее наблюдал Льюис [4].
Сравнение биполярных объемов
Объем мозга пациентов с биполярным расстройством изучен менее интенсивно.В более раннем исследовании Харви, сравнивая объем мозга 26 субъектов с биполярным расстройством с 48 шизофрениками и 34 контрольной группой, не обнаружил различий между биполярными и контрольными группами, хотя в группе шизофреников объемы были меньше [23]. Фридман и его коллеги изучили когорты подростков с шизофренией и биполярным расстройством по сравнению с контрольной группой и обнаружили доказательства уменьшения объема мозга, когда обе группы пациентов сравнивали с контролем, но группы пациентов не отличались друг от друга [24].Hoge et al. Сообщили о метаанализе 7 исследований, соответствующих критериям и изучавших объем головного мозга при биполярном расстройстве, и пришли к выводу, что не было доказательств, подтверждающих уменьшение объема мозга при биполярном расстройстве [25]. В большом метаанализе, опубликованном McDonald et al 2004, систематически проанализировано двадцать шесть исследований, в которых изучались измерения объема у 404 пациентов с биполярным расстройством. Их выводы установили, что объемы большинства структур мозга сохраняются при биполярном расстройстве, за исключением отмеченной ассоциации с увеличением правого желудочка [26].Наши биполярные данные не расходятся с вышеупомянутыми исследованиями.
Отношение TBV / ICV обнаружение
Мы обнаружили, что отношение TBV / ICV несколько снизилось, но значительно в когортах SZ и BD (но не SAD). Эти значения показаны на рисунке 1.
Рисунок 1Соотношение BV / ICV в четырех группах субъектов . И биполярная, и шизофреническая группы имели значительно более низкое соотношение, чем контрольная; шизоаффективные субъекты не отличаются от контрольных.
Это открытие обычно согласуется с небольшим уменьшением объема мозга где-то в процессе болезни, что при сохранении исходного общего ICV приводит к уменьшению соотношения этих двух величин. На самом деле различия, которые мы обнаружили, были довольно небольшими — около 1% — или 12 куб. См для мозга объемом 1200 куб. Если предположить, что значение верное, его интерпретация является неопределенной, особенно в свете небольшого количества предыдущих данных, подтверждающих уменьшение объема мозга при биполярном расстройстве, включая это исследование.
Сравнение шизоаффективных объемов
Группа SAD существенно не отличалась от нормальной контрольной группы ни по одной переменной. SAD — это диагноз, отношение которого к SZ или BD недостаточно изучено. Надлежащая категоризация SAD остается загадкой через семь десятилетий после его первоначального описания, и обзоры литературы на сегодняшний день не смогли внести небольшую ясность [27, 28], а некоторые исследователи поставили под сомнение существование синдрома [29]. Абрамс и его коллеги [30] представили обширный недавний обзор истории, феноменологии, нейропсихологических, физиологических и генетических исследований, относящихся к SAD, и пришли к выводу, что признаки и симптомы SAD пересекают общепринятые категориальные границы между аффективными и другими (шизофрениформными) психотическими расстройствами, и что исследование и лечение субъектов с SAD, вероятно, выиграют от пространственного, а не категориального подхода [30].Существует также внутренняя путаница в диагностике SAD, поскольку у пациентов, изначально диагностированных как SZ, через некоторое время (возможно, через годы) может развиться аффективный компонент (например, мания или психотическая депрессия), и, таким образом, первичный диагноз может измениться на SAD. Однако после постановки диагноза SAD он не меняется на SZ.
Несколько опубликованных исследований рассматривали САД как независимую сущность психотического спектра. Грубер и его коллеги предположили, что относительное сохранение артикуляционной репетиции в вербальной рабочей памяти при SAD по сравнению с SZ может составлять нейрокогнитивный эндофенотип, отделяющий SAD от SZ [31].Мартин и др. Предположили, что в классификации SAD могут быть подразделения, основанные на вариациях генетических и физиологических показателей, относящихся к возможным эндофенотипам [32, 33]. Мы недавно опубликовали данные, основанные на МЭГ слуховых вызванных полях, подтверждающие биологическое различие между САД и СЗ, возможно, основанное на относительном сохранении неокортикальной ингибирующей ГАМКергической межнейрональной активности при САР по сравнению с СЗ [34]. Такие опубликованные результаты вместе с нашими наблюдениями в этом отчете будут поддерживать дальнейшие оценки SAD как возможной независимой организации.
Методологические вопросы
Объемы, представленные в этом документе, были собраны за определенный период времени. Чтобы решить проблему воспроизводимости и возможного дрейфа во времени, мы случайным образом отобрали 17 мозгов за период в 10 лет. Объем мозга, первоначально полученный оценщиком (ER), сравнивался с автоматическими объемами мозга, вычисленными с помощью инструмента извлечения мозга (недоступно на момент начала исследования). Коэффициент внутриклассовой корреляции (ICC) был вычислен между двумя оценками в этой серии из 17 сканирований, и ICC был.95, что указывает как на согласованность методов, так и на отсутствие дрейфа во времени.
Наконец, конкретные методы, используемые для оценки объема мозга, могут вносить значительный вклад в общие оценки объема, полученные от экспериментальной когорты, и такие методы менялись с течением времени. Например, более ранние исследования МРТ часто имели относительно толстые (например, 3-5 мм), иногда несмежные срезы, что способствовало изменчивости критериев оценки результатов. По мере того, как мощность компьютеров увеличивалась, а программное обеспечение для анализа изображений становилось все более сложным, ручная резка структур с визуальным управлением, которая по своей сути является очень трудоемкой, была в значительной степени заменена компьютерным анализом изображений со сложными алгоритмами, основанными на интенсивности пикселей и логических правилах, что значительно упрощает автоматизированный анализ. .Такие методы предоставляют больше возможностей для поиска определенных областей мозга, связанных с конкретными условиями, за счет гораздо большей статистической сложности, а также некоторой неопределенности в отношении точности структурных объемов, очерченных компьютером, основанных, главным образом, на логике и интенсивности пикселей. Мы считаем, что это исследование может быть крупнейшим, в котором используются тонкие смежные срезы МРТ и визуально управляемая сегментация всего мозга. Очевидно, что такие методологические различия могут вносить свой вклад в некоторую вариативность результатов, представленных в литературе, хотя точно, насколько это будет очень трудно оценить.
Мета-анализ ассоциаций между объемом человеческого мозга и различиями в интеллекте: насколько они сильны и что они означают?
Основные моменты
- •
Размер мозга in vivo коррелирует с IQ.
- •
Влияние 148 образцов смешанного пола и здоровых пациентов (> 8000 человек).
- •
Эффект распространяется на возраст, область интеллекта, тип выборки и пол.
- •
Предыдущие размеры эффекта были завышены из-за систематической ошибки в отчетности.
- •
Размер мозга не является необходимой причиной различий человеческого интеллекта.
Abstract
Положительные ассоциации между интеллектом человека и размером мозга подозревались уже более 150 лет. В настоящее время современные неинвазивные методы измерения объема мозга in vivo (магнитно-резонансная томография) позволяют надежно оценить ассоциации с IQ. Посредством систематического обзора опубликованных исследований и неопубликованных результатов, полученных в ходе личного общения с исследователями, мы выявили 88 исследований, в которых изучалась величина эффекта 148 здоровых и клинических образцов смешанного пола (> 8000 человек).Наши результаты показали значительную положительную связь объема мозга и IQ ( r = 0,24, R 2 = 0,06), которые обобщают возраст (дети и взрослые), домен IQ (полномасштабный, производительность и вербальный IQ) и секс. Применение ряда методов для обнаружения систематической ошибки публикации указывает на то, что в литературе часто сообщалось о сильных и положительных коэффициентах корреляции, в то время как небольшие и незначительные ассоциации, по-видимому, часто опускались в отчетах.Мы показываем, что сила положительной связи объема мозга и IQ была переоценена в литературе, но остается устойчивой даже с учетом различных типов систематической ошибки распространения, хотя сообщаемые эффекты со временем снижаются. Хотя заманчиво интерпретировать эту связь в контексте когнитивной эволюции человека и видовых различий в размере мозга и когнитивных способностях, мы показываем, что нет оснований интерпретировать размер мозга как изоморфный показатель различий человеческого интеллекта.
Ключевые слова
Intelligence
Объем мозга in vivo
Мета-анализ
Мета-регрессия
Предвзятость в отчетности
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
Полный текстCopyright © 2015 Elsevier Ltd. Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
Умеренное употребление алкоголя связано со снижением объема мозга в раннем среднем возрасте у обоих полов
Образец
Участники были частью последовательной когорты, которая первоначально включала 1196 младенцев, рожденных с различным риском рождения в единственная больница в Хельсинки с 1971 по 1974 год 16 .В общей сложности 202 ребенка умерли или получили тяжелую инвалидность, например церебральный паралич, слепота или синдром Дауна и были исключены из когорты, оставив 994 участника для проспективного наблюдения 16,17 . Критериями включения были гипербилирубинемия (уровень билирубина> 340 мкмоль / л или переливание крови), масса тела при рождении менее 2000 г, оценка по шкале Апгар <7, респираторный дистресс, требующий наружной вентиляции, диабет матери, гипогликемия (уровень глюкозы в крови ≤ 1,67 ммоль / л), сепсис. или тяжелые неврологические симптомы, такие как ригидность, апноэ, повышенная возбудимость, судороги или длительные трудности с кормлением при отсутствии других рисков 16,17 .В дополнение к когорте риска рождения 164 одиночки без риска рождения отслеживались с детства в качестве контроля. Предыдущие контрольные исследования проводились в возрасте 5, 9, 16 и 30 лет как среди когорты риска рождения, так и среди участников контрольной группы 17 .
В течение 2014–2016 гг. В общей сложности 414 членов когорты риска рождения и 83 контрольных группы согласились на повторное обследование. Это были взрослые жители общины в возрасте 39–45 лет с нормальным школьным анамнезом. Последующая оценка состояла из неврологического и нейропсихологического обследования, МРТ и вопросника из 516 пунктов (доступен по номеру 18 ), который также включал тест на выявление расстройств, связанных с употреблением алкоголя (AUDIT) 19 .
В общей сложности 393 участника прошли МРТ головного мозга в одном центре визуализации в Хельсинки и прошли тест AUDIT. Мы исключили 40 участников по следующим причинам: злоупотребление алкоголем (n = 5), МРТ низкого качества (n = 3), анализ изображений volBrain недоступен (n = 2), неврологические состояния или аномалии МРТ, например рассеянный склероз, черепно-мозговая травма, вентрикуломегалия или серьезные изменения белого вещества (n = 21), тяжелые психические проблемы (n = 9). См. Ниже источники информации.В окончательную выборку вошли 353 участника (163 мужчины и 190 женщин).
Из 353 участников 289 имели в анамнезе риски при рождении, включая гипербилирубинемию (n = 84), низкий балл по шкале Апгар или респираторный дистресс (n = 79), вес при рождении <2000 г (n = 67), гипогликемию (n = 79). = 18), материнский диабет (n = 20) и неврологические симптомы (n = 21). Остальные 64 участника были контрольной группой, не подвергавшейся риску родов.
Демографические и медицинские данные
Медицинские и демографические данные были получены с помощью вопросника из 516 пунктов, заполненного онлайн или в виде опроса по почте и медицинского осмотра.Диагнозы при выписке из больниц и поликлиник (МКБ-8, МКБ-9 и МКБ-10; с 1975 г.) были собраны из Регистра медицинских услуг (HILMO) Финского института здравоохранения и социального обеспечения 20 . Закупки рецептурных лекарств с возмещением стоимости были получены в Управлении социального страхования Финляндии 21 . 92% участников согласились поделиться информацией из своего реестра. Цереброваскулярные события и риски, то есть гипертония, диабет, гиперлипидемия, высокий индекс массы тела и болезни сердца, были выявлены неврологом (J.L.) с использованием данных анамнеза, клинического осмотра, анкеты и регистрационных данных. Другие неврологические состояния, злоупотребление алкоголем и психиатрические проблемы были оценены J.L. с использованием всей вышеупомянутой информации. Шкала интеллекта взрослых Векслера — четвертое издание 22 использовалась для измерения полномасштабного IQ. Образование было разделено на три уровня: базовое образование, включая обязательные 9 лет, среднее, включая законченную среднюю школу, профессионально-техническое или сопоставимое образование, которое обычно длится 12 лет, и высшее образование, e.г. университетское образование.
Потребление алкоголя
В анкету был включен финский перевод AUDIT 19 . AUDIT-C, сокращенная версия из трех пунктов, полученная на основе AUDIT, использовалась в качестве меры потребления алкоголя 23 . Вопросы AUDIT-C оценивают, как часто и сколько человек обычно пьет, а также как часто случается запой (диапазон 0–12). Второй вопрос AUDIT-C: «Сколько напитков, содержащих алкоголь, вы обычно пьете в день, когда пьете?» включает варианты ответа от 1 до 10 или более напитков.Вариант ответа 0 напитки (с оценкой 0) был добавлен для сбора ответов от непьющих. Показатели AUDIT-C 3 или ниже у женщин и 4 или ниже у мужчин использовались для определения низкого уровня употребления алкоголя, 5-8 баллов — для указания на возможно вредное, но умеренное употребление алкоголя, а баллы 9 или выше — для определения потенциального употребления алкоголя. злоупотребление 24,25 . Пять ответов по отдельным пунктам отсутствовали в AUDIT-C, и им было присвоено нулевое значение.
Употребление других психоактивных веществ
Текущее курение, употребление каннабиса в течение всей жизни и употребление запрещенных наркотиков были оценены в вопроснике в формате «да / нет».Статус курения классифицировался как курильщик в настоящее время или некурящий. Восемь участников не предоставили информацию об употреблении каннабиса и девять участников о пожизненном употреблении запрещенных наркотиков. Тридцать девять участников не предоставили информацию о курении в настоящее время, 22 из которых сообщили, что не курят, в анкете, проведенной десятью годами ранее. Все были включены как некурящие.
Получение МРТ и объемный анализ
МРТ головного мозга получали с использованием двух МРТ-сканеров 1,5 Тл (Signa; General Electric, Милуоки, США).Последовательности включали трехмерную структурную последовательность (куб), взвешенную по T1, используемую для объемного анализа. Использовались следующие параметры: время повторения (TR) 540 мс, время до эха (TE) 9,9 мс, угол поворота 90 градусов, расстояние между срезами 0,59 мм, расстояние между пикселями 0,48 / 0,48 мм, толщина срезов 1,2 мм и матрица сбора данных 256 × 256. Кроме того, были выполнены последовательности восстановления с инверсией затухания в жидкости (FLAIR), взвешенной восприимчивости (SWAN) и либо диффузионно-взвешенной визуализации, либо осевой диффузионной тензорной визуализации в 30 направлениях (половина всех случаев).Все сканированные изображения визуально оценивал опытный нейрорадиолог (Р.В.), который не знал клинических данных и количественной оценки объема. Результаты визуализации со всеми оцененными последовательностями были нормальными в отношении возраста у 332 (94%), в то время как у 21 участника были клинически несущественные незначительные аномалии (например, венозные пороки развития, микрокровоизлияния, неспецифические гиперинтенсивные изменения белого вещества или небольшой инфаркт мозжечка).
Объем мозга был проанализирован с помощью полностью автоматизированной системы объемного МРТ volBrain 26 , которая анализирует трехмерные Т1-взвешенные изображения для расчета объемов общей ткани мозга, серого вещества, белого вещества, мозжечка, гиппокампа, боковых желудочков, таламуса, хвостатого ядра. , скорлупа, бледный шар, прилежащее ядро и миндалевидное тело.Мы использовали общий объем мозга с включением мозжечка и ствола мозга. Чтобы контролировать индивидуальные различия в общем размере черепа, рассчитывали скорректированный общий объем мозга (aTBV) путем деления объема мозга на внутричерепной объем и выражали в процентах.
Статистические методы
На основе расчетов мощности необходимый размер выборки для определения коэффициента регрессии 0,2 при мощности 80% составил 184, а при мощности 95% 304. Расчеты мощности были основаны на простом регрессионном анализе между потреблением алкоголя и aTBV с предположением 5% альфа уровня и используя наблюдаемые стандартные отклонения AUDIT-C (SD = 2.42) и aTBV (SD = 2,38), которые были рассчитаны для всех доступных случаев. Расчеты мощности были выполнены с использованием G * power 3.1.9.2 27 .
Линейная регрессия использовалась для изучения связи между употреблением алкоголя и aTBV, сначала без корректировки, а затем с поправкой на ковариаты. Результаты представлены в виде нестандартных коэффициентов ( B ) с 95% доверительным интервалом. Возраст, пол, статус риска рождения, текущее курение и нейрорадиологический статус (нормальный / ненормальный) были потенциальными противоречащими друг другу.Те, которые были связаны с aTBV с использованием ANOVA, t -тестов или корреляции Пирсона, были включены в качестве ковариант в скорректированную модель.