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布莱恩·d·詹姆斯,托马斯·a·玻璃,詹妮弗·f·Bobb, Brian Caffo Christos Davatzikos,大卫Yousem,布莱恩·s·施瓦兹, ”协会的社会参与脑容量评估结构磁共振成像”,衰老研究杂志》, 卷。2012年, 文章的ID512714年, 9 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/512714
协会的社会参与脑容量评估结构磁共振成像
文摘
我们测试的假设社会交往与更大的脑容量的队列研究348例老年男性前引导制造业工人()和对照(),48到82岁。社会参与是衡量使用总结规模来自验证性因素分析。20卷感兴趣的区域(roi),包括大脑,总总灰质(GM)、总白质(WM),每一个四叶的通用和WM和9小结构来源于结构磁共振t1加权图像。线性回归模型调整年龄、教育、种族、颅内体积,高血压,糖尿病,和控制(与铅工人)的地位。更高的社会参与和更大的大脑和通用汽车总量有关,具体时间和枕通用,但不是与WM卷除了胼胝体。voxel-wise分析支持通用汽车协会的颞叶。使用纵向数据来辨别时间关系,ROI的变化量在五年内显示零对当前社会参与。结果与假设一致的是,社会参与保护脑组织,而不是符合替代假设或收缩卷较小的人变得不那么忙碌,虽然不能排除这种情况。
1。介绍
社会参与,表现的有意义的社会角色休闲或生产活动,已被证明是与更好的认知功能,降低老年人的认知功能减退和老年痴呆症(1- - - - - -4]。然而,许多问题仍然存在如何社交可以让“头骨”保持认知能力。不一致的测量在研究频繁的重叠结构等社会活动(1,5)、社交网络(6,7),和社会支持8]与认知结果;每个被理论影响大脑通过单独的机制。的神经机制,可能导致保护认知功能尚不清楚,也许最大的障碍是缺乏直接的研究探索社会参与对大脑的生物效应。流行的假说是,社交活动有助于建立一个大脑储备能力,允许容忍neuropathologic损伤因衰老或疾病没有恶化的认知能力(9,10]。在“使用它或失去它”,剩下的社会参与作为一个年龄可以构建这个大脑储备通过大脑神经可塑性的变化如减毒神经元损失,或增加突触数(11- - - - - -13)或新的神经元的生长(14]——这可能反映在大脑容量的增加或减毒萎缩。在老龄化的背景下,更大的脑容量与更好的认知功能(15,16,保护认知功能的神经病理学(17]。展示社会参与之间的联系和更大的脑容量将提供支持大脑储备假说和我们理解的神经机制在起作用。
我们检查了社交活动和脑容量之间的关系使用两种互补的方法,一个区域(ROI)分析调查识别解剖大脑区域,和分布形态测量学(VBM)探索无偏协会在整个大脑。利用可用的纵向核磁共振数据,我们也能够在ROI评估是否改变量在五年之前的评估社交与目前的社交活动,以便更好地辨别时间关系。我们假设更多的社会参与的人有更大的脑容量,尤其是对通用汽车,被发现的证据相比,体积更大的年龄相关性下降在这个人口(WM18]。
2。方法
2.1。研究人口和设计
我们使用数据从铅暴露的研究和认知功能的前雇员在美国东部一个化学工厂和以人群为基础的控制没有职业铅接触的历史(19]。控件选择相同的地理住宅前领导工人居住在使用随机选择从电话数据库和领导工人年龄相匹配,教育,和种族20.]。我们使用数据从本研究的第三阶段评估的社会参与和取得了第二个核磁共振研究参与者;初始基线结构磁共振收购在阶段2中,平均5年前。详细的研究设计方法和招聘在阶段1 (1994 - 1997;703名工人和130名对照,平均年龄56岁)[20.,21)和2 (2001 - 2003;67 589 979的前领导工人和131名对照完成核磁共振;在入学平均年龄56岁)(22描述)。第三阶段(2005 - 2008)期间,396名参与者进行额外的研究访问返回。所有阶段的研究综述和约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的批准委员会对人类研究和从所有参与者获得的书面知情同意。
在第三阶段,参与者完成第一个核磁共振在第二阶段(589前领导工人和67名对照)为第二个核磁共振被邀请;317(54%)的前领导工人和45(67%)控制完成第二个核磁共振。因此,两个核磁共振成像获得362名参与者,占396 91%的参与者返回第三阶段的研究。9这些质量差扫描,让353名参与者可用的核磁共振成像。参与者与第三阶段核磁共振成像比参与者平均年轻没有MRI或只有一个阶段2核磁共振(18]。五个参与者缺失数据在社会参与;最后分析包括348名参与者。
2.2。结构磁共振成像采集
3 T通用电气(General Electric)扫描仪是第三阶段利用核磁共振。t1影像获得使用被宠坏的梯度召回收购(SPGR)在稳定状态序列(重复时间(TR) = 21女士,回波时间(TE) = 8女士,视野(FOV) = 24厘米,翻转角= 30°一激,体素的大小= 0.9375毫米0.9375毫米1.5毫米,视野24厘米,矩阵的大小)。第二阶段核磁共振方法之前发表(22]。
2.3。图像分析
先生的定量分析卷完成后使用以前公布的方法(23]。首先,颅外组织和脑干结构被剥夺了。验证专业图像分析方法用于图像分割成通用和WM。经典的算法(24)使用了一个四维分割框架,第一次和第二次扫描被认为是共同减少两者之间的差异细分。分割图像提供定量容积总通用的措施,WM和大脑(通用加上WM)。
获得大量预定义的roi,区域分析通过计算机化的模板匹配技术之前报道和验证(22,25]。总之,基于模式匹配的计算机图像分析算法用于经一个参考数字脑图谱每个参与者的核磁共振。结果20 nonmutually独家总大脑的roi包括卷,通用,总总WM,大叶的细分,和许多较小的结构。
voxel-wise方法,区域分析卷检查标准化空间(乌鸦)被用来产生大脑地图分析当地的体积差异没有限制先天的解剖定义(23]。该方法可以提供确认预定义的地区联系的证据或提供额外的洞察的大脑区域与社会接触,从使用ROI方法并不明显。使用以前公布的方法(25),分割图像转化为一个标准的坐标空间使用弹性变形算法。这个过程收益率组织密度地图对通用汽车和WM局部组织的直接测量量的值。协会预测变量与通用汽车和WM卷可以检查voxel-by-voxel基础上,而不是受制于任意解剖边界,从而揭示这种联系的空间模式。
2.4。社会交往
社会参与首次测量(即第三阶段的研究。时,第二个MRI)。社会参与的测量来自制定功能概要(EFP), 20块范围内制定的旨在衡量多个域功能表现在老年人基于已有的理论对实际功能性能的测量(而不是理论功能能力)在日常生活中(26]。EFP问受访者多久他们从事一些常见的日常活动在过去的几个星期或几个月。来测试我们的测量理论和正确的随机测量误差,我们使用验证性因素分析检查条件的独立性四个领域制定功能(社会参与、社区参与、自我保健和生产活动)和派生因素分数来表示我们的推断潜在的结构。的分析,基于8社交因素得分项目生成使用MPLUS版本5。社会参与项目和规模的细节都包含在附录。
2.5。统计分析
2.5.1。ROI-Based方法
我们第一次评价更高的社交活动是否与大卷预定义的解剖roi(因变量)第三阶段的横断面分析数据。脑容量和社会参与之间的关联检查使用普通最小二乘线性回归建模,为每一个ROI与一个单独的模型。因为胫骨铅与较小的脑容量(22),但只是用于铅工人,我们首先评估胫骨铅含量是否改变了协会的兴趣或如果它是适合包括铅工人和控制在我们的主要分析调整铅。胫骨铅跟社会接触和没有证据表明协会的社会参与和脑容量不同控制状态或胫骨领先水平,因此我们结合前领导工人在所有后续的分析和控制。
所有模型都调整为颅内卷,偏手性和控制状态(与前领导工人)。人口和健康因素可能混淆的关系社会参与和脑容量包括年龄(集中),种族/民族(所有少数民族对白人),教育(五类,高中+贸易学校作为参照组),已知的心血管疾病危险因素与大脑有关病理学(高血压和糖尿病),胫骨和领先水平(以领导工人)。效果修改按年龄、教育、种族、心血管危险因素和控制状态评估使用模型和向量。为了方便在roi比较,标准化回归系数。模型诊断进行检查模型适合和有影响力的点。因为20 roi并不是独立的,我们没有调整的多重比较分析选择报告标准错误和未经测试的关联。分析与统计软件SAS 9.1。
2.5.2。ROI-Based分析解决暂时性
辨别时间关系,我们进行了二次分析使用可用的纵向数据从第一个和第二个核磁共振。我们模仿社会交往(第二MRI)的时候的结果变量退化在ROI的变化从第一卷第二MRI(地址是否在5年内脑容量的变化与社会接触的时间间隔)。标准化回归系数。协会和强度模型适合这些模型相比,我们的主要模型。
2.5.3。Voxel-Wise方法
我们下一个使用分布分析识别领域的通用和WM与社交有关。在每个体素的体素进行了线性回归体积与社会接触控制上述协变量。从回归的输出我们获得了t统计每个体素。我们确定了三维集群100或更高的相邻像素点超过了统计阈值> 3.11(对应于一个未修正的P值< 0.001)。解决多重性,我们进行了排列测试来评估每个集群的统计意义的排列分布的超阈值的最大的集群t统计数据。更具体地说,250年的重复,我们交换大脑图像(例如,体素卷),保持固定的协变量数据。然后为每个交换数据集,我们也做了相同的分析是原始的数据集,确定相邻像素点超过最大的集群> 3.11。我们终于获得了P值为每个集群计算比例的重复集群的大小是大于或等于最大的集群交换数据。voxel-wise分析分别进行灰质和白质的地图。
3所示。结果
3.1。描述性的总结研究参与者
研究参与者48到82岁(平均(美国)= 65.2 (7.9));绝大多数是白人/非西班牙裔,高中学历+职业学校,高血压,糖尿病(表1)。最古老的个人和大多数受过教育的人更关心社会。年轻的参与者,白非西班牙裔人,那些没有高血压或糖尿病有更大的脑容量。有一个复杂的脑容量和教育程度之间的关联模式,作为研究生学位的人有类似的脑容量低于高中学历;两组与高中相比有更小的大脑总量+贸易学校参照群体。参与者在最低和最高教育组的平均3.5年以上参与者中间类别。前社会参与领导工人低于对照,但更大的平均脑容量。
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| 所有值的方差分析(方差分析)测试。 |
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3.2。协会的社会参与脑容量
3.2.1之上。ROI-Based方法
推论没有显著不同基础模型和完全调整模型,因此只有充分调整模型。更高的社会交往明显与更大的脑容量和总通用总额,以及更大的时间和通用枕叶的数量(表2),但不是总或大叶性WM roi。在其他roi评估、社会参与只有与胼胝体体积显著相关。没有证据表明改性效果的年龄、教育、种族、或心血管危险因素关系的社会参与ROI卷。
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| 从模型调整年龄、教育、颅内体积,种族/民族,高血压,糖尿病,偏手性和控制地位。 大胆的:。 |
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3.2.2。分析辨别时间关系
我们评估是否ROI的变化从第一卷第二MRI与社交有关的第二个核磁共振。脑容量的变化信息在这个队列之前已经报道过(18]。脑容量的变化在5年内没有与社会接触的时间间隔,除了颞WM (P= 0.034)(表3)。
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| 从模型调整年龄、教育、颅内体积,种族/民族,高血压,糖尿病,偏手性和控制地位。 1社会交往的时候第二MRI是因变量。 大胆的:。 |
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3.2.3。分布方法
集群的像素点被确定在通用和WM社交与协变量对上述调整后体积较大的体素(表4,图1)。有十二通用集群100或更高的像素点超过一个统计阈值t= 3.11 (P< 0.001)。通用汽车最大的集群是4581像素点(峰值t= 4.23,P< 0.0001)和第二大是2501像素点(峰值t= 4.23,P< 0.0001)。排列基于P值最大的两个集群分别为0.05和0.14,分别。尽管社交活动不与总或叶的WM roi, VBM分析确定六个超阈值的WM集群的100多个相邻像素点。最大的两个WM集群由3221像素点(峰值t= 3.95,P< 0.001)和2592年的体素(峰值t= 4.06,P分别为< 0.0001)。这些集群局部脑裂附近的内陆地区。应用基于集群的排列测试P值最大的集群是0.10。
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| 显示集群质心(- - - - - -,- - - - - -,- MNI坐标),最大值集群内部的统计,(未调整)的最大价值统计,集群大小的相邻像素点数量和排列基于集群价值。集群价值比较每个阈上的集群的大小排列分布最大的集群,从而占多重比较。只有结果集群的100 +体素。 |
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(一)灰质
(b)白质
VBM分析并不受制于解剖区域,有许多相似之处以及差异。重要的通用汽车集群观察颞叶(图1),该地区发现最强的ROI分析与社会接触,但许多地区集群观察不确定ROI分析,包括集群在顶叶和小脑。此外,没有明显关联与叶的WM卷ROI分析,但大型重要的集群在WM VBM分析观察。这些都是胼胝体,这与ROI分析。
4所示。讨论
首次出版这些发现提供的一些证据表明,更高的社会交往与更大的脑容量评估结构磁共振成像使用ROI和分布的方法。相比之下,脑容量的变化在五年间不与社会接触。因此,这些结果与假设一致,社会参与保护脑组织,并提供一些证据对备选假设或收缩卷较小的人变得不那么忙碌,虽然我们不能排除的可能性变化长期社会交往五年以后可能会卷。主协会和颞枕叶的通用卷,和可能的结果,与大脑总通用和总卷。没有对叶的WM卷。发现支持大脑储备假说提供了证据表明,社会交往与更大的脑容量在特定的地区,这可能反过来有助于保护老年人的认知功能。
有许多的生物机制提出的社会交往会影响认知功能通过脑容量的变化,特别是在通用汽车,神经元的细胞体和各种神经和神经胶质组织之间的连接。脑容量损失(27),通用汽车损失(28),神经收缩(29日),和突触丢失(30.)的常见后果是衰老。神经元和突触丢失,以及加速生产总值(gdp)萎缩,证据确凿的病理生理的相关的早期阿尔茨海默病(31日]。大脑区域更大卷也许能够容忍更多的衰老或疾病造成的损失之前表现出认知功能下降,因为更多的保持健康的神经元和突触(32]。社会接触可能会导致更大的脑容量减少神经元死亡或收缩,大脑的神经发生在特定的区域(12),增加树突棘增长或轴突重排(33]。其他线路的研究提供支持社会参与之间的联系和更大的脑容量,包括社交活动之间的关联和其他方面的大脑病理学或函数,并演示了神经可塑性增加体积由于人类行为等活动和学习。此外,实验动物放置在丰富环境与学习的机会增加,活动,和交互与其他动物有了神经发生,synaptogensis,减少神经元损失(11,13,34- - - - - -36]。
本地化的社会engagement-volume关系进行解释时应特别谨慎,但一些初始猜测。与社会接触是通用汽车在右颞叶最强。面部和言语识别,长期记忆和人格特性位于颞叶(37]。通用汽车在这方面损失发生在衰老(28]。通用汽车没有明显与社会参与大脑额叶,显示最大脑衰老期间损失(38]。此外,发现无显著关联的海马体,记忆和认知结构重要和容易老化39),尽管一些研究显示保护海马体积与衰老(40]。丰富环境在动物模型研究发现海马的神经发生的证据,(14)和人类的一项研究显示,社会更大的海马参与人员(41]。然而,海马体是一个小的结构和很可能由于更大的比例误差测量精度较低。唯一的WM结构发现明显与社会参与ROI-based分析胼胝体。有证据表明,半球不对称是一个储备的标志(42),假设体积较大的胼胝体(促进通信横跨半球)可能弥补精神运动放缓在晚年43]。此外,有可能保护叶的脑半球通用卷也可以保存这些领域之间的联系导致一个更大的胼胝体。
这项研究的优势包括相对大量的科目与核磁共振成像、脑成像分析的鲁棒性,使用严格的社会参与,纵向数据的可用性,和控制的能力重要的混杂因素。进行分析使用roi和VBM给了我们两个不同但互补的方法研究社会交往和组织体积之间的关系在大脑的特定区域(15]。ROI分析是根据公认的解剖结构而VBM分析不依赖先天的结构边界,而是检查整个大脑在一个公正的地区。
一个重要限制是一个基线的缺乏社会参与措施,阻止我们研究社会参与之间的关系和大脑结构的变化或协会的社会参与后大脑结构的变化。另一个限制是这个群体的独特的性质,其中包括人与以往职业铅接触。尽管我们没有发现证据表明,协会在控制铅剂量或比较不同前导致工人控制,这些发现可能不是可概括的一般年长的成年人。群也是种族和职业方面同质化,所有男性。因此,我们没有信息在社会参与和年长的女性大脑或跨种族/民族差异。然而,同质性在职业和社会经济地位在这种队列可能增加内部效度减少担忧混淆的其他因素与脑储备和与社会接触。一些潜在的混杂因素我们不能调整包括基因、智商、应激反应、个性,头部受伤的历史,和MCI或前驱的痴呆,所有这些因素都与社会接触和大脑结构有关。最后,一个限制,可以在一定程度上与观察到的缺乏社会参与之间的关联和WM是我们做删除白质病变之前从体积措施分析。
超过十年,建议了老年人社会参与对保持大脑健康的认知和基于证据从流行病学研究痴呆。这些研究没有解决“黑盒”关于如何社交活动可能与神经解剖学的衬底。我们就是一个例子,在社区老人成年人,为什么社会参与的必要拼图的人更多的认知的完整先进的年龄。
附录
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确认
作者要感谢前任领导工人的参与者和员工学习。这项研究受到了格兰特R01 AG10785国家老龄研究所。它的内容完全是作者的责任。b·d·詹姆斯被培训支持格兰特T32 AG000247国家老龄研究所和伊利诺斯州卫生部门。没有披露报告。
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