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随着人类大脑年龄的增长，即使是健康的成年人，大脑不同部分相互交流的神经回路也会逐渐损耗

德克萨斯大学(Universityof Texas)的科学家们正在使用成像技术来研究这一过程，以便更好地理解它与健康个体一生中认知能力下降之间的关系。

行为与脑科学学院和德克萨斯大学生命长寿中心的心理学副教授Kristen Kennedy博士说:"即使我们很健康，我们也会设法弄清随着年龄的增长，导致大脑认知功能下降的原因。""我们在实验室里的所有工作都是在为解决这个谜题寻找一些线索。"

在6月7日在线发表的研究以及《Neurobiology of Aging》10月刊中，首席研究员Kennedy和她的同事描述了他们如何使用两种成像技术，将大脑某个区域的回路退化与执行功能效率降低联系起来。这项研究包括169名年龄在20岁到94岁之间的健康受试者。

大脑由灰质区域组成，这些区域由白质相互连接。灰质主要由神经元细胞体组成，是活动的中心，从高等学习和记忆力到感觉接收和肌肉反应。白质主要由有髓神经的轴突组成，是神经元向灰质区域传递信号或从灰质区域传递信号的神经元部分。

该研究的主要作者，肯尼迪实验室的一名研究员Christina Webb博士表示，对白质的不断研究表明，白质传播信号的能力极大地影响认知能力和高阶处理能力。

她说："越来越多的研究表明，大脑的结构会影响其功能，尤其是在衰老和白质方面。""在较早的工作中，我们已经在白质网络中更广泛地显示了这种效果。在这里，我们将其更具体地与额叶白质网络联系起来，我们知道该网络与高阶执行功能相关。"

关于年龄与执行功能的关系，如下图所示：

B)年龄对额叶白质分数各向异性(FA；左)和平均扩散率(MD；右)的影响，其中FA随年龄增长呈线性恶化，MD随年龄增长呈加速恶化趋势；C)额叶FA(左)和MD(右)的年龄调节与执行功能(EF)的综合表现，EF值越高，执行功能越好。

Kennedy说，当大脑面临一项具有挑战性的任务时，它必须“加速”活动，所需的活动量在整个生命周期中会发生变化。

她说:"这项研究表明，当你变老时，你的灰质区域的输出并没有增加。”“其中一个原因是脑白质连接已经退化。神经元之间的电传输就不那么完整了。"

在DJ任务(蓝绿色)和n-back任务(紫色)中，年龄会减缓对纹状体中BOLD调制的前额叶扩散性影响。

研究团队使用了两种不同的成像技术来检查白质连接如何失去完整性，以及这如何影响不同年龄人群的认知能力的。

其中一种技术是扩散张量成像，可测量大脑中水扩散的方向。韦伯将理想的性能与通过吸管的水进行了比较。

她说："如果将水限制在这条路径上，则表示可以更快地进行信息处理。”“如果水非常分散，可以自由流动，那会减慢神经元之间的通讯效率。因此，我们正在衡量结构连接的有效性。"

科学家将这一发现与功能核磁共振成像(fMRI)相结合，Kennedy将其描述为"实时动态地观察大脑在做什么"。

她说："尽管其他扫描是结构性的，但在受试者执行任务时进行的功能磁共振成像扫描使我们能够通过跟踪血氧水平来了解大脑正在使用的资源。"

利用这两套指标，研究人员可以预测认知表现，然后将期望与受试者的实际表现进行比较。

"虽然这不能检验因果关系，但可以将其用于检验假设，这些假设是基于我们对大脑运作方式的了解而得出的。"Kennedy说。"我们的理论是，年龄直接降低了脑白质，进而导致灰质无法完全升高。结果对认知产生不利影响。"

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员利用扩散张量成像(指示脑中水扩散的方向)来检测脑白质连接是如何失去完整性的。扩散张量成像可以显示大脑中水分扩散的方向。这些额纹状体束从前到后(绿色)，从左到右(红色)，从上到下(蓝色)。

韦伯说:"也许我们可以在每个人都很健康和正常的时候，利用这些早期的情况，确定什么时候会发生变化，或者帮助确定走向病理的途径。”“我们发现这个群体在生命早期存在差异。观察生命早期发生了什么，并得到纵向数据，这将有望帮助我们确定这些人是否已经走上了不同的道路。"

参考

Frontostriatal white matter connectivity:age differences and associations with cognition and BOLD modulation

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0197458020301834?via%3Dihub

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