文献精读 | 阿尔兹海默症中大脑半球不对称性变化加快

2021-03-21 米勒之声

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大脑皮层是高级神经功能的结构基础。

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前言

INTRODUCTION

大脑皮层是高级神经功能的结构基础。与正常衰老相似，阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）与大脑结构进行性破坏和功能去分化有关。左右大脑皮层厚度是不对称的，这有利于左右大脑半球有效构建神经功能网络，也可能是认知等高级功能执行的基础。随着年龄增长和衰老，皮层逐渐变薄，但两侧变薄的速度并不相同，因此两侧半球的不对称性也在改变。本研究中，作者使用来自5个健康老年人队列和1个AD患者队列的大型纵向数据集，建立健康老年人群在皮层变薄衰老过程中，两侧半球大脑皮层不对称性变化的轨迹，并比对了AD患者人群皮层不对称性变化数据情况。

结果

RESULTS

随着年龄增长皮层不对称性持续改变

为了确定随着年龄增长，正常成年人群大脑皮层区域厚度不对称性的变化，研究人员使用了1084名20.0~89.4岁的健康个体的总计2577次MRI扫描样本，测量分析随着年龄推移，左右半球的皮层厚度差异变化（图1）。结果表明左右大脑的前额叶、前颞叶/颞中叶、岛叶和外侧部分顶叶的不对称性随着年龄增长出现显著改变（图2a），并确认了皮层的不对称性（图2b）。研究发现，皮层厚度差异大的两侧区域，在衰老过程中对称性变化更为显著。

图 1

图 2

皮层不对称性改变与年龄相关的轨迹建立

为探索健康人群在衰老过程中，大脑皮层不对称性变化趋势轨迹，研究人员对数据进行了聚类分析。图3a–c为最终的三个聚类分区。聚类1反应了内侧眶额皮层、背外侧前额叶皮层和前颞叶皮层，分析结果表明以上区域左侧比右侧变薄速率更快（图3a）。相反，聚类3反应了岛叶、外侧颞顶皮层和前扣带回尾部，分析结果表明以上区域右侧比左侧变薄速率更快（图3a）。聚类1和3结果提示，左右大脑皮层变薄速率不同导致皮层不对称性改变始于30岁前后，60岁左右改变加速，70岁左右两侧大脑皮层厚度达到相同。此外，皮层的不对称性随着年龄增长呈相反趋势变化，即年轻时较厚一侧皮层区域会随着年龄增长较对侧变薄的速率更快。

研究人员还通过其他四个独立的纵向队列数据集测试了以上轨迹的可信度。综上得出皮层不对称性改变是衰老的特征之一。

图 3

图 4

AD患者人群与健康人群年龄相关的皮层不对称性变化差异

研究人员进一步探索了AD患者人群两侧大脑皮层不对称性变化趋势是否与正常人不同。根据同样的分析方法发现，在额叶和颞叶前部皮层，AD患者的左侧比右侧变薄速率更快（图5b）。与健康人群相比，额叶和颞叶皮层不对称性变化在AD患者中更快。

图 5

总结

CONCLUSION

本研究揭示了人类左右半球大脑皮层在衰老过程中的不对称性变化，随着年龄的增长，两侧皮层以不同速率变薄，皮层不对称性呈相反趋势改变；并建立了可信的健康人群年龄相关的皮层不对称性变化轨迹模型；最后通过与健康人群模型比较，发现AD患者的额叶和颞叶皮层老化的速率会更快。因此，皮层不对称性变化有望作为AD患者早期诊断的临床标志。

原始文献：Roe, J.M., et al., Asymmetric thinning of the cerebral cortex across the adult lifespan is accelerated in Alzheimer's disease. Nat Commun, 2021. 12(1): p. 721.