異民族コホート研究により、脳の回復力は老化、血管異常、認知機能低下と有意に関連していることが示された

年齢を重ねるにつれて、脳の認知能力やその他の能力は徐々に低下します。しかし、脳には一定の回復力があるため、衰えの速度は遅くなります。現在の研究では、老年期の認知障害や脳血管疾患は生涯にわたる一連の出来事の結果であり、その中で血管リスク要因が重要な役割を果たしていることがわかっています。しかし、現在の脳の健康評価ツールにおける脳の形態や容積などの従来の指標では、これらのリスク要因を十分に反映することができません。特に、神経疾患の危険因子を反映できる新たな客観的指標を開発することが重要です。研究により、人間の脳のコネクトミクスは、ネットワークの観点から脳のトポロジーの全体的な変化を定量化して分析できることが示されています。また、脳の回復力は、脳が外部からの摂動に耐える能力を反映し、回復力のレベルは老化に抵抗する能力も反映しています。したがって、脳ネットワーク理論に基づいて設計された革新的な脳回復力指標は、上記の困難を克服し、潜在的な脳および神経系疾患の早期状態を反映する効果的なバイオマーカーになることが期待されます。

最近、北京航空航天大学生物医学工学学院の劉涛教授チームと首都医科大学付属北京天壇病院の王永軍教授チームが、脳の回復力のレベルを反映する革新的な客観的評価指標である脳トポロジカル回復力（BTR）を提案した。この指標の計算は脳構造ネットワークに基づいており、パーコレーションモデルなどのアルゴリズムを使用して損傷プロセスを定量化し、脳の回復力の定量的な評価を実現します。この研究では、2つの大規模な異民族コミュニティコホートにおいて、脳の回復力と加齢による認知レベルおよび脳血管リスクレベルの間に有意な関連性があることも確認されました。この結果は最近、Science Bulletin に掲載されました。

図1 論文概要

この研究では、2つの大規模なコミュニティコホートに基づいて脳のトポロジカルレジリエンスを計算しました（図1）。被験者の拡散磁気共鳴画像の繊維追跡によって脳の白質繊維が再構築され、標準セグメンテーションテンプレート Brainnetome を使用して脳領域が分割され、246 個のノードを持つ脳ネットワークが得られました。その後、この研究では、K シェル分解アルゴリズムとノードの中心性特性を組み合わせて、ネットワークの回復力指標を定量的に計算しました。次に、研究では脳の回復力と老化、血管異常、認知能力との関連性を分析しました。最後に、本研究では、「加齢による認知機能の低下」モデルにおける脳の回復力の役割を探るために構造方程式モデルを構築し、従来の脳の形態指標である脳容積と比較して、脳の回復力指標の特異性を検証しました。

図2 脳の回復力と老化、認知、血管異常との関連

研究では、脳の回復力指標が、両方の人口コホートにおいて老化、血管リスク要因、アテローム性動脈硬化症と有意な関連性を示していることが判明した。脳のトポロジカルレジリエンスは、年齢、血管リスク因子、アテローム性動脈硬化症指標と負の相関を示し、脳の認知能力と正の相関を示しました（図 2）。これは、脳の回復力が認知能力を支える基本的な特性である可能性があり、脳の回復力は加齢や血管リスクの蓄積によって損なわれる可能性があることを示唆しています。

加齢過程における脳の回復力の脳認知に対する補助的な役割をさらに調査するために、本研究では構造方程式モデリングを使用して脳の回復力の媒介効果を分析しました。構造方程式モデルの結果は、従来の脳の形態指標（脳容積）と比較して、脳の回復力が老化、血管リスク因子、アテローム性動脈硬化症による認知機能低下への影響を著しく媒介できることを示しました（図3）。この結果は、血管リスク因子の蓄積が脳の回復力に影響を与え、認知機能の低下につながる可能性があることを示唆しています。この指標は、中高年者の脳の健康状態を評価するための重要な指標となることが期待されるとともに、老化過程における認知保護戦略の探究にも新たな知見をもたらすものと考えられます。

図3 脳のトポロジカルレジリエンスは、老化と血管が脳の認知に影響を及ぼす経路を媒介する

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加齢と血管リスク要因の観点から、脳のトポロジカルレジリエンスと認知能力の関係を探る：異民族集団ベースの研究。サイエンス速報（2024年）。 DOI: 10.1016/j.scib.2024.04.018