文摘
在增长和老龄化,海马在记忆的作用取决于其相互作用相关的大脑区域。特别是,两个亚区,前海马体(aHipp)和后海马(pHipp),扮演不同的和关键的角色在内存中处理。然而,在结构和功能上与年龄相关的海马条件的变化还不清楚。在这里,我们调查了与年龄相关的结构和功能特点,106名参与者(7 - 85岁)在静息状态基于分数各向异性(FA)和功能连通性(FC) aHipp和pHipp寿命。足协和俱乐部之间的相关性也探索识别耦合。此外,韦氏缩写智力量表(WASI)被用来探索认知能力和海马的变化之间的关系。结果表明,有功能分离和集成aHipp pHipp,和功能连接的数量pHipp aHipp的寿命。与年龄相关的FC变化显示四个不同的趋势(u型/倒u型/线性向上/向下线性)。,40岁左右的转变的关键时期。然后,FA分析表明,所有年龄对海马结构的影响是非线性的,和白质的完整性pHipp高于aHipp。 In the functional-structural coupling, we found that the age-related FA of the right aHipp (aHipp.R) was negatively related to the FC. Finally, through the WASI, we found that the age-related FA of the left aHipp (aHipp.L) was positively correlated with verbal IQ (VERB) and vocabulary comprehension (VOCAB.T), the FA of aHipp.R was only positively correlated with VERB, and the FA of the left pHipp (pHipp.L) was only positively correlated with VOCAB.T. These FC and FA results supported that age-related normal memory changes were closely related to the hippocampus subregions. We also provided empirical evidence that memory ability was altered with the hippocampus, and its efficiency tended to decline after age 40.
1。介绍
海马体是认知过程的一个关键领域,如学习,记忆,和未来的想象力在整个寿命(从开发到老化),这是特别容易受到老化(1,2]。海马体分为前海马体(aHipp)和后海马(pHipp)沿着海马轴[3]。早在1960年代,纳达尔是敏锐地意识到,背(后在人类)和腹侧(前人类)海马可能促进不同的功能(4]。但在那个时候,他没有得到一个完整的解释差异。许多人已经注意到这前后区别进一步添加到现象。
灵长类动物的背侧海马腹侧相比更与空间相关的处理(5]。前和后海马均显示出与年龄相关的结构体积减少,但aHipp的结构和功能可能容易老化(6]。在记忆编码和提取,aHipp pHipp与地区关注网络的互动和默认网络,分别是(7]。aHipp和pHipp区域形成功能截然不同的“电路”,有独特的解剖连接到其他的大脑区域。例如,前海马体(头部和身体)是优先功能连接到默认模式网络,和海马尾巴强烈优先功能连接壁内存网络(8,9]。这些发现财富的增加,有一个伟大的兴趣不同神经组织的功能和结构特异性aHipp和pHipp之间。与此同时,对寿命的影响发展aHipp和pHipp也增加。到目前为止,研究人员已经在海马提供不同的和有趣的发现。
在功能连通性方面,海马体的功能及其邻近皮层被发现显示年龄不变性在某些情况下(10),但与年龄相关的增加(11)或减少在其他(12]。香肠等人的俱乐部之间的关系进行了探讨海马和记忆缺陷的寿命;与年龄相关的u型轨迹的FC(被发现13]。Langnes等人发现,强烈的FC在海马体限制海马体的程度与其他大脑区域14]。考虑到海马功能区分亚区,这可能是前部和后部海马促进通过微分与大脑皮层不同的功能。例如,海马体的功能研究调查FC的变化和网络相关的大脑结构从童年到成年。他们发现aHipp pHipp支持记忆形成和确定年龄差异与内存相关微分和几个额叶和海马FC视觉/感觉皮质[15,16]。布卢姆等人报道,pHipp更占主导地位的FC随着年龄的增长,支持海马体与年龄相关的重组网络正常的认知功能(17]。另外,斯塔克等人的研究进一步表明,海马电路改变是影响海马分支学科与年龄相关的记忆下降有关(18]。
有一些不一致的结果在这些文献。这些可能撒谎的原因,他们只有探索海马之间的关系和一个功能区域,所以忽略的互动影响海马体的多功能区域。然而,分析从单一的大脑区域的大脑连接,最近在《科学》杂志上发表,表明某一函数的实现的关键不是每个大脑区域的独立完成而是多个区域之间的连接和通信(19]。人类大脑的认知能力(智力)可能更反映在多个区域的连通性。
海马结构有不同的发展轨迹为年轻人和老年人。年龄对海马里等人报道的影响及其关系发展早些时候与记忆能力。结果研究海马亚区(即。,subiculum, CA1, and CA2-4/DG) suggested smaller CA1 and larger CA2-4/DG contributed to better memory performance [20.]。江等人之间的关系探讨老年人认知功能和海马结构(≥95岁)和回归分析发现一个重要ACE-III记忆得分和海马区体积之间的关系(21]。与之前的研究结果相一致,佩雷拉等。结果表明,年龄有显著负面影响在CA2-4体积/ DG [22]。重要的是,他们还发现了一个负面的年龄影响菌丝层足总。Amenta等人研究了海马星形胶质细胞衰老的变化(23]。他们发现,增加的数量和大小观察星形胶质细胞在CA1年龄。道尔顿等人分析了海马体的模式条件FC在健康老龄化的背景下24]。与年轻组相比,他们发现,年长的参与者之间显著降低FC CA1-subiculum和内嗅皮层。
扩散张量成像(DTI)在显微结构的白质的变化非常敏感25]。分数各向异性(FA)限制水的方向扩散特征在大脑组织26]。FA值可能反映了有效的信息传播,因此有关功能(对刺激作出反应27,28]。因此,它通常是用来探索组织的结构完整性在白质微结构。例如,研究人员利用FA检查海马白质结构和年龄之间的关系(29日,30.]。砂光机等人表明,海马结构完整性受老化影响,导致较低的成功在内存中编码在老年人与年轻人相比30.]。尽管大量的结构和功能成像研究报道改变结构和FC在海马体中,只有少数研究癫痫患者有直接调查结构之间的相互作用和FC在海马体(31日,32]。结构通常被认为的衬底FC (33),但还没达成共识在寿命(结构和功能之间的关系34,35]。
因此,我们的研究目的是探索老年性改变海马功能和结构以更全面的方式。我们也关注海马体亚区和多个脑功能区域的角色来洞察海马的神经基础的过程中,人类大脑发育和衰老。基于之前的研究,我们预测,与正常老化,功能上,海马FC强度的变化受限于其他大脑区域的功能。结构上,海马白质完整性是逐渐减少,与认知能力密切相关。要测试这些假设,我们探讨了aHipp FC的变化和pHipp半球。与此同时,我们结合白质结构完整性(基于FA) aHipp和pHipp获得与年龄相关的变化。这些会帮助我们更好地理解结构和功能的分离和集成整个寿命与内存相关的部门。因此,本研究有科学意义的理解随着年龄的海马结构和功能的变化。海马体的轨迹随着年龄的认知发展理论提供依据。
2。材料和方法
数据集得到的内森•克莱恩研究所/大样本(NKI-RS1:http://fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/pro/nki.html)。这里,数据采集部分的功能磁共振成像数据预处理,DTI数据预处理,与年龄相关的广义线性模型是类似于我们的前一篇文章的方法28,36]。
2.1。参与者
样本包括106名参与者(46岁女性,年龄10 - 85年, ;60岁男性,年龄7 - 81年, ; , ;第16 - 25岁, ;26-45岁 ;46 - 65岁 ;和 , )。所有的参与者都是右撇子,而不是诊断为精神异常。所有的数据采集和共享的机构审查委员会批准的内森•克莱恩研究所。所有参与者提供书面知情同意。儿童参与者无法提供知情同意,从他们的法定监护人书面知情同意了。
2.2。数据采集
所有最初的功能磁共振成像和DTI数据得到3 t西门子三个扫描仪。高分辨率的t1加权结构数据得到magnetization-prepared快速梯度回波序列( , , , , , ,和 )。t2加权功能数据得到单发,gradient-recalled echo-planar序列( , , , , , , ,和 )。使用序列参数(DTI进行 , , ,和 ),non-diffusion-weighted图像( ),和64 -方向diffusion-weighted图像( )。为了保证稳态纵向磁化,第一个4卷被排除在外。
2.3。功能磁共振成像数据处理
2.3.1。预处理
一系列步骤应用于预处理数据集使用统计参数映射软件基于SPM12 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk)和其他软件(http://restfmri.net/forum/REST_V1.8)。这个过程涉及到以下几点:(1)slice-timing校正进行了纠正每个体素的时间序列在收购。(2)功能与刚体变换图像是头部动作重新校正( 和 :没有参与者的头部运动超过这些值时在整个扫描)。(3)图像的每个主题注册个体受试者的T1结构图像,然后,数据空间归一化到蒙特利尔神经学研究所(MNI)标准模板,和体素重新取样 。(4)数据空间使用高斯平滑内核用5毫米半宽度(应用),以确保高信噪比(信噪比)。(5)消除了线性低频率漂移和生理噪声、低通滤波进行提取低频信号范围在0.01 - -0.10赫兹。(6)考虑微级头运动俱乐部的影响,我们进一步纠正头部运动更精细,不包括24方差来源通过Friston 24-parameter模型(一个模型,可以从功能磁共振成像时间序列删除移动相关的工件,很快,自动和一定程度的有效性)(37),包括6个参数来自刚体运动校正,6头运动前一个时间点的参数,和相应12平方项,我们也意味着信号在整个大脑,白质和脑脊髓液。实证分析表明,超过90%的fMRl信号可以归因于运动,这artifactual组件可以成功删除37]。在随后的统计分析,我们消除了头部运动作为协变量。
2.3.2。海马识别条件的地区利益(roi)
为了探索与年龄相关的记忆改变人类海马亚区,四个大脑海马roi在选择MNI坐标。aHipp,双边坐标选择(右aHipp (aHipp.R): 18, -14年和-18年;左aHipp (aHipp.L): -18年、-14年和-18年)[13]。pHipp,双边坐标选择(右pHipp (pHipp.R): 25日,-26年和-15年;左pHipp (pHipp.L): -23年、-26年和-15年)[38]。球形的种子的平均时间序列ROI提取4毫米的半径。皮质的大脑区域被解剖parcellated自动贴标(AAL)从蒙特利尔神经学研究所。在所有参与者中使用的相同的分割方案。
2.3.3。收购FC roi预处理功能磁共振成像后图像
计算的FC在同一个半球,我们计算皮尔逊积矩相关系数, ,之间的平均时间序列在每个种子区域和所有体素在大脑半球的时间序列(AAL)。接下来,合成相关映射被转换为值使用费舍尔的 - - - - - --转换。费希尔-执行统计分析改变了FC。
2.4。DTI数据处理
2.4.1。预处理
DTI数据预处理使用基于分布的标准步骤的序列分析(VBA)和处理进行SPM8。这个过程涉及到以下几点:(1)eddy-current-induced畸变校正和头部运动使用仿射登记成像容积( )没有扩散加权;(2)评估扩散张量指标和足总在每体素;(3)登记所有单独的FA的FA模板图像MNI空间;和(4)空间平滑使用6毫米半宽度高斯内核为高信噪比和重采样 体素。
2.4.2。预处理后提取FA DTI图像
我们平均每个构造的海马体的FA值中提取ROI(如上所述)分段映射。然后,皮尔逊相关系数( )FA值之间和FC值计算为每个半球海马区(如上面所提到的 ,与voxel-wise错误发现率(罗斯福)纠正)探讨海马功能和结构之间的关系。
2.5。统计分析
2.5.1。一个示例 - - - - - -测试和配对 - - - - - -测试
信噪比是等效aHipp或pHipp分析。当前报告准则后,所有统计结果修正familywise错误(FWE)的多个比较基于高斯随机场理论,在SPM中实现。
(1)FC值。会分析Fisher -把俱乐部从海马条件进行了使用一个示例 - - - - - -测试中,我们比较了 - - - - - -各体素值的正态分布的均值为零,方差未知( ,FWE纠正)。进一步的配对 - - - - - -测试执行aHipp显著FC和pHipp半球( ,FWE纠正)。
(2)FA值。类内的分析意味着FA从左和右海马是使用一个示例 - - - - - -测试( ,FWE纠正)。然后,配对 - - - - - -测试执行统计上显著的海马体亚区( ,FWE纠正)。
2.5.2。与年龄相关的广义线性模型
具体来说,我们创建了一个与年龄相关的全球语言监测机构检查FC和FA变化。为了研究大脑区域之间的反射和记忆老化的个体,我们与性别作为协变量,建立了多元线性回归方程。代表拟合值, 代表每个因素的回归系数,年龄和年龄2预测因素,性别因素协变量。具体地说,漠视,模型可以用下面的方程表示:
age-relevant预测模型是使用Akaike生成的信息标准(5]。和模型预测变量的回归系数进行统计分析使用一个示例 - - - - - -测试。对于FC,表现出明显的二次时代影响,高峰年龄可以使用以下公式计算:
2.5.3。行为量表相关分析
韦氏缩写智力量表(WASI)是一种短智商测试用于从6到89岁的人。WASI由四个单项成绩,词汇(VC)相似之处(SI),区组设计(BD),和矩阵推理(先生)39]。目的是重新测试的目的和实现规模快速认知能力的估计。不是为了代替更全面的衡量智力或作为一种诊断工具。探讨老年性认知能力和结构变化之间的关系在海马体中,我们检查了FA值之间的相关性和WASI寿命。WASI包括言语智商(动词: )和词汇理解(VOCAB.T: )( )。然后,我们绘制的线性曲线拟合得到FA值与WASI分数和计算皮尔逊相关性的FA值在高峰集中在年龄和行为量表( )。
3所示。结果
3.1。海马体的功能和结构统计结果
探索海马FC,配对 - - - - - -测试执行aHipp和pHipp后一个示例 - - - - - -分别在左右半球测试。一些统计上显著的FC的大脑区域在图所示1( ,FWE校正)。蓝色部分表示的FC pHipp明显大于aHipp。红色部分表示的FC aHipp明显大于pHipp。我们可以看到,在pHipp功能连接的数量超过aHipp。图1(一)左半球的结果,细节见表1。在左脑,螺旋体和颞下回有显著与aHipp FC。楔前叶,ACC、距状和舌回了重大与pHipp FC。图1 (b)右半球的结果,细节见表2。在右半球,只有aHipp梭状回有一个重大的足球俱乐部。在这里,九个脑区有明显的FC pHipp,如前扣带回、颞下回,优越的枕叶脑回。更多的FC pHipp可能表明参与更多信息交换过程和发挥了更重要的作用。
(一)
(b)
探索海马FA,配对 - - - - - -测试aHipp FA值和pHipp半球内( ,FWE纠正)透露,pHipp的FA值明显大于aHipp的FA值(图2)。在这里,杰出的表现也是pHipp所示。
3.2。与年龄相关的全球语言监测结果
3.2.1之上。海马FC的寿命
我们调查了海马的FC变化条件从生命周期的角度使用age-relevant GLM与线性和二次时代条件的预测因素。海马之间的模式,描述了FC趋势条件和相关的大脑区域在图所示3。FC和年龄之间的四种趋势是海马亚区中发现的。在左半球(图3(一个)),FC aHipp之间。L和ACC。L年龄有显著的二次项( , , ),和FC pHipp之间。L和ACC。L年龄也有显著的二次项( , , )。随着年龄的增长他们表现出u型轨迹。aHipp之间的足球俱乐部。L和距状。L年龄表现出显著的二次效应( , , )并演示了一种与年龄相关的u型轨迹。FC pHipp之间。L和距状。L线性项被发现是重要的( , , ),随着年龄的增长和FC线性下降。在右半球(图3 (b)),线性上升趋势的FC aHipp.R-lOFC年龄被发现是重要的。R ( , , )和pHipp.R-lOFC。R ( , , )。aHipp之间的足球俱乐部。R和mOFC。随着年龄的增加线性下降( , , )。pHipp之间的足球俱乐部。R和MCC。R表现出显著的二次年龄效应( , , )并演示了一种与年龄相关的倒u形的轨迹。FC pHipp之间。R和FFA。R,二次年龄效应也显著( , , ),和FC展出一个倒u形的随着年龄的增长轨迹。我们可以看到u型轨迹和倒u型轨迹变化的转折点发生在40岁左右。具体相关统计参数和拟合函数如表所示3。既不pHipp.R-mOFC FC的。R和aHipp.R-MCC的FC。随着年龄的增长R显示显著相关。GLM分析显示,aHipp.R-FFA的FC。随着年龄的增长R没有统计上显著相关。
(一)
(b)
3.2.2。海马足总寿命
海马结构,我们获得特定模式描述了与年龄相关的变化意味着海马区FA程度与年龄(图2)。考虑到广泛的年龄分布(7 - 85年),我们测试了非线性趋势随着年龄一个二次函数(见方程(2)与年龄相关的广义线性模型)。英足总表现出增加的趋势在早期年龄和减少的趋势在后世,即。,倒u型轨迹与衰老。aHipp。L FA年龄表现出显著的二次效应( , , )并演示了一种与年龄相关的倒u形的轨迹。pHipp。L FA,二次项是重要的( , , )随着年龄的增长和显示一个IU的趋势。pHipp。R英足总提出了一个重要的二次年龄效应( , , )并演示了一种与年龄相关的国际单位的趋势。具体的相关统计回归系数和二次拟合曲线如表所示4。aHipp GLM分析显示,英足总。随着年龄的增长R没有统计上显著相关。显然,pHipp的FA值大于aHipp整个生命周期。
3.2.3。俱乐部和足协之间的相关性
后计算足协和海马亚区和其他大脑区域之间的足球俱乐部,我们获得了俱乐部和足协之间的皮尔逊相关半球海马亚区(图4; ,罗斯福纠正)。FC aHipp之间的影响。R和FFA。R与aHipp负相关。R FA ( , )。aHipp之间的足球俱乐部。R和脑岛。R与aHipp也负相关。R FA ( , )。没有其他的半球海马条件表现出显著的相关性。
3.2.4。行为规模相关的结果
为整个寿命,没有统计上显著的FC值与动词之间的相关性分数和FC值和词汇之间的关系。T分数。然而,之间有显著相关性,年龄相关性的线性拟合曲线FA和两个WASI尺度(动词分数: ,词汇。T分数: ),如图5。具体来说,在图5(一个),英足总aHipp。L得分呈正相关,动词( , ),和aHipp英足总。R还与动词得分呈正相关( , )。因此,结构性变化aHipp对动词的性能有重要影响。此外,在图5 (b),英足总aHipp。L呈正相关,词汇。T分数( , ),和pHipp英足总。L与词汇也呈正相关。T分数( , )。因此,结构性变化在左侧海马VOCAB.T的性能密切相关。
(一)
(b)
4所示。讨论
作为大脑边缘系统的重要组成部分,海马体是一个综合信息的解剖和功能衬底从多个记忆。我们的研究是在106年进行的7 - 81岁的受试者。我们获得生命周期模式描述功能和结构变化不同的海马体条件基础上的漠视与年龄相关。
特别是,提供四个主要结果的数据。(1)与FC的aHipp相比,pHipp更强的俱乐部,尤其是在pHipp.R。(2)在海马的白质结构方面,pHipp的FA值大于aHipp。(3)的structural-functional耦合在海马体中,我们观察一个aHipp的FA值之间存在显著负相关。R和FC aHipp.R-FFA的价值。R和FA值aHipp之间显著负相关。R和FC aHipp.R-insula的价值。换句话说,没有明显的其他部分的功能和结构之间的耦合,除了这两个部分。(4)年龄的影响,通过使用的漠视,我们发现aHipp pHipp显示与年龄相关的FC变化趋势不同,以及不同峰值约为40岁。同时,只有FA aHipp。R是不受年龄较大的影响。结合WASI评估结果,FA海马白质结构的变化影响言语智商和词汇的理解能力显著对象。
总的来说,这些结果提供了强有力的证据表明年龄相关的记忆变化是密切相关的海马区域。即功能分离和集成的两个区域(aHipp和pHipp),以及白质结构的变化,是通过控制调节的年龄。这些主要的发现的影响是在下面讨论。
4.1。海马体的功能连通性
这里,发现aHipp和pHipp重大FC与不同的大脑区域,分别。三个脑区(螺旋体、颞下回和FFA)与aHipp显著相关,而13个大脑区域(楔前叶、扣带回、舌回、眶额皮层,等等)与pHipp有关。海马在记忆的作用取决于其与分布式的大脑区域。相关的区域aHipp突出贡献在调节工作记忆(1),识别内存对象(40),和感知的脸41]。他们的FC aHipp是早期记忆形成和巩固的一个重要指标42]。此外,该地区与pHipp感知方向记忆中有突出贡献(43)、情景记忆和空间处理(44),保留内存(45)、操作和监控(46),和提取信息47]。这些大脑区域参与更大程度上在内存中保留和检索。同时,海马许多研究报道,aHipp参与编码在内存中(48,49],pHipp关心更多的是重复的刺激和记忆检索(7,50]。不同脑区可能参与不同的内存类型(例如,工作记忆和长期记忆)(51,52),所以海马体的协作与这些大脑区域导致适应内存信息的综合处理(53,54]。FC的力量在aHipp pHipp很大差异,涉及不同的大脑区域,支持功能aHipp和pHipp之间的分离。即aHipp可能优先支持新奇刺激和记忆编码,虽然pHipp优先支持重复的刺激和内存检索。他们的FC相同的大脑区域可能的反射功能集成。从俱乐部的角度来看,我们的研究结果进一步证明了存在的功能分离和集成aHipp和pHipp增长和老龄化。
我们的结果显示在pHipp主导功能连通性。与以前的工作相一致,布卢姆et al .,显示从aHipp主导海马连接在年轻年龄组pHipp主导连接衰老主题,表明海马的与年龄相关的重组网络支持正常的认知功能(17]。其他研究也报道,aHipp萎缩之前pHipp期间老化(55,56]。因此,FC aHipp可能会随着年龄的增长,减少和pHipp可以弥补增加连接老年人的皮层区域。
我们还发现,海马FC显示u型,倒u型,线性上升,随着年龄的增长和线性下降趋势。aHipp.L-ACC的FC。L和aHipp.L-Calcarine。L显示一个u型轨迹(FC减少在早期生长和成熟,但增加在衰老后期),这可能与大脑功能的发展。先前的研究已经表明,ACC距状,aHipp重要地区与工作记忆相关的(43,48),和ACC参与远程内存检索(57]。结合相关研究中,童年的高FC可能意味着欠发达分区域专业化的交流,更少的神经处理效率,或缺乏抑制(14]。在经济增长过程中,由于神经处理效率的提高和长期记忆的积累,没有必要来刺激海马的更多的连接。因此,aHipp分开ACC和距状(57]。老年人的高FC可能认知overrecruitment补偿活动(58,59]。如果overrecruitment老化存在对于一个给定的任务由于认知的补偿,然后你可以想象一下,这也FC会更高。这种趋势符合标准模型的存储系统整合。随着记忆功能的成熟,其存储和检索变得越来越独立的海马体,在老化过程中,记忆的巩固将更加依赖海马体(13]。其它研究结果也支持了u型轨迹与工作记忆相关的大脑区域的研究提供了神经基础的解释(60]。
aHipp.R-lOFC的FC。R和pHipp.R-lOFC。R显示一个线性上升趋势。随着年龄的增加,FC lOFC和海马体之间将会更紧密。的普大煤业等人的研究显示,患者在额叶受损的记忆增加了FC记忆编码和检索(61年]。lOFC有能力协调和保持记忆。的增加功能lOFC之间的耦合和海马可能与增加内存的信息和内存的协同处理。有趣的是,海马FC似乎增加了年龄,也似乎出现一些海马细胞标记物的表达。一方面,它已经表明,大脑衰老涉及人类海马区域改变特定的细胞亚群(62年,63年]。例如,增加glutamatergic观察运输机在多个海马在后期的年龄分支学科。这glutamatergic标记的贝塔淀粉样和tau蛋白质(呈正相关,63年]。GA1海马区域也与浓度呈正相关的移行细胞和脑源性神经营养因子(BDNF)。也有关,脑源性神经营养因子在神经生理学可塑性过程中发挥了核心作用,如记忆和学习,它取决于海马体功能(64年]。另一方面,西方的工作表明,一些大脑神经元参与记忆过程的总数下降随着年龄的增长,但海马亚区没有明显的变化62年]。损失合格的潜在形态与衰老关系的记忆下降,因为他们可能会妥协的功能完整性的一个区域大脑已知密切参与这种类型的内存。因此,增加海马FC在以后的生活中可能是一个赔偿这些损失。
pHipp.R-FFA之间的足球俱乐部。R和pHipp.R-MCC。R显示一个倒u形的轨迹。即,FC青年高于FC在儿童和老人。它建议pHipp面部感知和记忆的功能耦合集成在开发过程中增强,但削弱了在老化。这倒u型轨迹也反映在海马记忆从Abrari等人的研究和Chowdhury et al。65年,66年]。与年龄相关的FC下降包括mOFC和距状。他们与维护相关记忆。这种同步下降可能导致更好的维护记忆认知与海马萎缩(67年]。FC强度的差异之间的前部和后部海马和大脑区域达到了最大值或最小值约为40岁,这可能代表40是脑功能变化的标志和老化现象的起点。神经学这种现象还回答了一个关键问题,知道当脑功能停止时成熟,他们开始退化68年]。总之,这些趋势提供了一个有效的洞察功能分离和集成记忆相关的大脑区域在整个生命周期奠定了理论基础,理解记忆的神经机制的变化。
4.2。海马的结构变化
内存性能也高度依赖海马的结构变化。从结构上看,我们的研究发现,pHipp白质的FA值显著高于aHipp,表明pHipp白质的完整性是高于aHipp白质。这个结果提供了额外的基础设施信息的功能特异性aHipp pHipp。与FC的结果一致,整个生命周期pHipp凸显了它的重要性。先前的研究表明,个体与高FA在海马体更快形成认知地图的环境和更有效的空间定位(69年]。根据研究Hickie,海马体是主要负责记忆和情绪控制,如果这部分萎缩,相应的记忆和情绪控制能力被削弱(70年]。同时,研究已经证实假说的前部和后部海马的功能专门化:aHipp与记忆密切相关的编码和pHipp记忆检索(7]。和之前DTI的研究通常发现更高的FA和更好的记忆性能之间的关联71年,72年]。结合之前的研究的结果,我们的结果表明,英足总在pHipp大于aHipp,这可能在内存中代表强势介入pHipp场景在整个生命周期。同时,这可能意味着大脑获得更多重复的刺激比小说和处理它们更有效地在我们的整个生命周期。记忆检索和提取可能的频率高于记忆编码。
然而,行为相关的结果,更影响观察aHipp地区。功能性质的影响因素来自aHipp和pHipp一方面,和认知量表的属性。动词量表测量认知能力在语文智力方面,这更多的取决于个人的学习能力。和词汇。T量表测量认知能力的词汇理解,这更多的取决于之前的经验学习。相比检索记忆的过程中,大脑派遣更多的资源,当编码新的记忆,学习能力和经验影响编码效率。一般来说,aHipp是主要输入新的记忆相关的大脑区域编码,而pHipp输出与记忆相关的大脑区域检索和整合3]。因此,在目前的规模相关分析研究中,aHipp显示与行为更重要。
此外,我们的研究结果支持的功能特异性aHipp pHipp和功能随着年龄隔离,发达。的轨迹,我们发现随着年龄的增加,足总显示一个倒u形的轨迹的变化,峰值发生在30岁。这是与以往的研究一致(73年,74年],轿车等人发现白质轨迹基于绝对和规范化卷之后倒u型的成熟中年(峰值73年]。这些结果表明,在大脑发育的早期阶段,白质扩张增长超过了一般,但有一个收缩的海马白质从成熟到衰老,这可能导致与年龄有关的记忆衰退(75年]。在微观层面,aHipp主要是与钩状的纤维束,和pHipp主要是与边缘协会包。哈桑等人发现的FA值释放神经束之前倒u型轨迹随着年龄的增长在整个生命周期(76年]。内存和FA扣带乐队都在增长(呈极显著的正相关关系77年衰老过程中[],而英足总倾向于下降78年]。因此,FA在开发期间的增加和减少的FA在衰老提供早期预测与内存相关神经疾病的预防和诊断。上述结果支持倒u型的趋势在白质FA在整个生命周期中,这有助于我们理解自然记忆的下降的神经生理学基础。
4.3。功能连接和结构变化之间的耦合
在海马体探索structural-functional耦合时,我们发现FA的aHipp之间显著负相关。aHipp.R-FFA R和FC。R和FA的aHipp之间显著负相关。aHipp.R-insula R和FC。换句话说,当aHipp的足总。R白质增加,FC下降显著相关。先前的研究表明,颞叶癫痫structural-functional分离主要是归因于海马结构和功能变化,额轨道下回,后扣带,对structural-functional脱钩主要涉及双边海马功能变化(79年]。据推测,足协和俱乐部之间的负相关海马可以反映一个补偿的过程。足总在aHipp的增加。R在内存变化补偿解耦是由俱乐部损失引起的。重度抑郁症患者支持我们的研究结果。他们发现了一个钩状的负相关性白质纤维束的完整性和亚属ACC与双边的FC海马(80年]。即结构异常的患者造成的增加FC在额叶神经网络。然而,只有aHipp FC。R与白质结构的完整性,而pHipp FC的不是。因此,在某种程度上,这一结果表明,多在aHipp内部结构和功能之间的耦合,和功能的发展受制于结构在人类的一生中。
在WASI的分析,我们的结果表明,FA aHipp。L与动词和VOCAB.T呈正相关。FA aHipp。R与动词只有呈正相关。FA pHipp。L只有与VOCAB.T呈正相关。这些正相关性表明海马白质结构完整性是在健康个体智力和理解密切相关,但是FC并不影响这些功能。以前的研究已经表明词理解与长期记忆(81年),和言语智商与白质纤维损伤(82年]。我们假定海马体直接或间接通过白质纤维与内存相关的认知能力的影响,并减少海马体积与损伤有关的一般知识和上下文视觉记忆(83年]。Fjalldal等人报道,白质完整性的变化在正确的海马体与视觉空间能力下降有关,而白质完整性和髓鞘脱失减少/水肿在左侧海马受损的一般知识和延迟回忆在情景记忆(84年]。因此,这为我们提供了一种新的方法来理解记忆的生命周期机制的变化,也就是说,海马脑白质的结构完整性之间的关系和认知能力。与此同时,海马体的structural-functional耦合允许我们评估与年龄相关的认知能力的差异,可以作为潜在的敏感标记整个寿命改善记忆。
4.4。限制
本研究也有一些局限性。首先,我们使用一个相对较小的样本量在人类寿命,这可能阻止生物协会的检测。尽管如此,我们仍能发现显著差异。研究一个更大的样本容量可能会允许更多细节被发现了。其次,它还必须指出,虽然研究的焦点是海马整个寿命的变化,我们没有样本儿童低于7年,但表现在婴儿和儿童早期发展也显著重要。这是一个限制,因为这段时间可能是最重要的发展情景记忆功能。第三,我们使用线性和二次(非线性)模型探讨海马FC和FA改变整个人类的寿命。不完整的年龄分布在我们的样例可能影响参数曲线拟合。在未来的研究中,探索更大的功能磁共振成像和DTI数据集使用nonparametrical模型(例如,平滑样条函数)可能揭示更健壮的和复杂的成熟过程85年]。
海马体的研究仍然局限在预防痴呆与内存相关的进展。最有价值的发现在我们的研究中,40岁的开始记忆能力的下降与年龄(轨迹FC和FA)。因此,40岁是黄金时间进行干预,防止记忆疾病的发生。40岁后还伴随着减少海马结构完整性的条件,这种现象也是一种重要的认知功能减退和老年痴呆症发展的和有用的指标。
5。结论
在这篇文章中,海马体的功能和结构特点休息功能磁共振成像和DTI的寿命进行了研究。功能集成和分离aHipp和pHipp探索,和发现支持更多的功能分离和更少的功能集成aHipp和pHipp之间。同时,u型轨迹,线性上升趋势,倒u型轨迹,和FC的线性下降轨迹变化之间的海马体和记忆相关的大脑区域在整个生命周期中详细讨论。aHipp的结构完整性。L aHipp。R, pHipp。L, pHipp。探讨了R的寿命。我们的研究提供了新的证据的功能集成,功能分离和结构完整性的aHipp pHipp和年龄。aHipp的结构和功能变化和pHipp寿命可能是一个可靠的生物标志物在临床使用提供理论依据不同的神经精神障碍的病理生理学(如痴呆、阿尔茨海默氏症和精神分裂症)。
数据可用性
公开的数据集进行分析。这些数据可以在这里找到:http://fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/pro/nki.html。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
阴田和王中研的概念和设计研究。引进王棕褐色,中研提取数据并进行分析。引进Tan写了初稿的手稿。易唐和尹田帮助组织数据并提供资源。所有作者导致手稿修改和阅读和批准提交的版本。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(# 62171074)和重庆研究生研究和创新项目(# CYS21325和# CYS22459)。