文摘
客观的评估领域的认知下降的协会记忆,语言,执行功能与大脑灰质(GM)体积。
方法这是一个前瞻性研究的1846名参与者在社区动脉粥样硬化风险(ARIC)研究在2011年到2013年接受3 t的大脑核磁共振扫描。参与者被认知领域分类性能轨迹之前20年(减少定义下降:20百分位)。通用卷之间的关联和认知下降是体素水平与分布形态测量学和区域层面atlas-defined通用卷感兴趣的特定区域。
结果受试者平均年龄为76年;60%是女性;和28%是黑人。参与者在前20百分位下降内存域较小的通用卷在内侧颞叶(−3.3%、95%可信区间(CI)−−2.1% 4.6%),杏仁核(−2.7%、95% CI−−1.3% 4.1%),内嗅皮层(−4.1%、95% CI−−2.2% 6.0%),和海马体(−3.8%、95% CI−−2.4% 5.2%)相比,参与者在所有领域的最低80下降。相比之下,在前20百分位参与者减少语言或执行功能域,通用卷小更多的大脑区域。
结论记忆功能下降与大脑有关在内侧颞叶和海马结构体积损失。减少语言和执行功能与脑容量的减少有关非邻接的大脑区域。
术语表
- ARIC=
- 动脉粥样硬化风险社区;
- CI=
- 置信区间;
- DSST=
- 数字符号替换测试;
- DWRT=
- 推迟了单词记忆测试;
- 通用汽车=
- 灰质;
- MCALT=
- 梅奥诊所成人寿命模板;
- 患者的=
- 细微精神状态检查;WFT =单词流利度测试
老年人灰质(GM)萎缩影响大脑的所有领域,但在某些领域比别人更明显。1,- - - - - -,3之前的研究调查了当前认知功能的关联和普遍痴呆与通用卷使用分布形态测量学方法4,- - - - - -,9;然而,通用卷在老年协会的认知变化的轨迹多年前的评估通用卷个体研究更少。协会在老年人群之前,考虑认知变化更可能比横断面协会代表共同大脑病理学发展年龄在间隔期间的变化认知评估。10横向联系,相反,可能反映了大脑差异如早些时候发生创伤性损伤,甚至继承了大脑结构的差异。
社区动脉粥样硬化风险(ARIC)研究是理想情况下准备评估老年协会通用卷与认知下降发生的平均20年之前MRI扫描在社区的个人。我们假设更大的内存域下降之前,语言,执行功能与通用汽车在不同的大脑区域体积减少与人相比下降较低的领域。具体来说,我们假设之前下降(1)内存与通用汽车在内侧颞叶体积减少,后扣带,嗅觉校园,杏仁核,内嗅皮层、海马;(2)语言与缩小体积在左额下回,左颞上回,和(3)执行功能与缩小体积有关的前额叶皮层,前扣带皮质下区域。
方法
研究参与者
ARIC研究是一个持续的以社区为基础的未来45到65岁的15792名成年人进行研究在基线(访问1987 - 1989)4我们社区的选择郊区明尼阿波利斯,明尼苏达州;马里兰州华盛顿县;福赛斯县,北卡罗莱纳;和密西西比州的杰克逊。11子样品的参与者参加了在2011年到2013年被选为第五访问的大脑核磁共振扫描。选择标准详细描述了核磁共振扫描12但是一度包括缺乏MRI禁忌症和下列:参与ARIC脑MRI辅助研究之前,13,14低认知测试成绩或减少纵向管理测试,或一个age-stratified随机样本的参与者没有证据的认知障碍访问5。很少的参与者(n = 11, 0.6%)显著痴呆认知障碍与细微精神状态检查(定义为低(MMSE)得分(< 21为黑人白人和< 19])包含在大脑核磁共振人口。总共1846参与者足够的访问5大脑核磁共振扫描(0.6%与痴呆上面定义的MMSE准则,轻度认知障碍会议标准为36%,和63%的分类认知正常的审判小组使用前面描述的方法15)。
标准协议的审批、登记和病人同意
ARIC研究已通过所有参与机构的机构审查委员会(明尼苏达大学、约翰霍普金斯大学、北卡罗莱纳大学,维克森林大学,和密西西比大学)。所有的参与者在每项研究访问给书面知情同意。
神经心理测试和认知能力衰退的定义
认知功能评估访问2(1990 - 1992),4(1996 - 1998)和5 (2011 - 2013)。在访问2和4,3标准测试:使用延迟单词记忆测试(DWRT),16流畅性测试(WFT)这个词,17和数字符号替换测试(DSST)。18在访问5,测试电池包括DWRT,16逻辑内存I和II,19偶然学习,18WFT,17波士顿命名测试,20.DSST,18A和B小道让测试部分,21和数字广度向后。19测试分为3域(记忆、语言、和执行功能),如前所述。22
内存域由DWRT,逻辑记忆I和II和偶然的学习。的DWRT16是延迟的测试情景文字记忆,参与者注册然后被要求回忆10普通名词后5分钟延迟。逻辑内存的韦氏记忆量表——I和II19是即时和延迟回忆测试事件从2短篇小说。偶然的学习18是一个测试的延迟回忆DSST的元素。
语言领域由WFT和波士顿命名测试。WFT的17是语言测试的测试能够自发地生成单词开始与一个特定的字母(F, a, S)在60秒。波士顿命名测试20.是一个测试语言的常见的对象从图片,参与者的名字。
执行功能域是由DSST, A和B小道让测试部分,数字广度倒退。韦氏成人智力量表的DSST III18是执行功能的测试和处理速度,参与者被要求翻译数字符号使用的关键。追踪测试部分21是处理速度的试验中,参与者被要求连接随机要求页面上的数字。追踪测试B部分21是处理速度和任务切换能力的测试,包括页面上的数字和字母之间的交替。数字广度向后19是一个测试的关注参与者一系列数字的落后状态。
因子得分对记忆、语言、和执行功能为每个访问生成使用先前描述的潜变量的方法。22,- - - - - -,25简而言之,我们估计的验证性因素分析ARIC认知测试电池ARIC访问5。该模型扩展到ARIC访问2和4通过修正项参数等于在访问测试常见的所有访问。这种方法提供了一个无偏估计的每个参与者的认知能力水平在每个研究访问,测试电池的常见指标无论在任何特定的访问。22,- - - - - -,24因此,这种方法提供了一个有效的方法来测量within-person认知能力下降,我们则用于将人划分为认知衰退最糟糕的五分位数。
线性mixed-effects模型与随机拦截和随机斜坡(非结构化关联矩阵和健壮的方差估计)调整的年龄(连续)和种族(白色,黑色)被用来获得认知变化的斜率在≈20年(从访问2到5)为每个参与者对每个域。之前在每个域被定义为认知能力下降,低于20百分位的认知变化的斜率(即。,那些拥有最大数量的下降在≈20年)。参与者被分成8组:所有领域至少下降80%(参考)(n = 1122);最大内存仅下降20% (n = 164);最大的语言只下降20% (n = 136);最大的执行功能仅下降20% (n = 140);记忆和语言最大的下降20% (n = 56);最大内存和执行功能下降20% (n = 55);最大的语言和执行功能下降20% (n = 85);和所有领域最大的下降20% (n = 88)。 Our main analyses focused on the first 4 groups with either the least 80% decline (reference) in all domains or the greatest 20% decline in only 1 domain.
大脑核磁共振和分布形态测量学
大脑核磁共振扫描ARIC访问5进行四个3 t扫描仪(马里兰州:西门子Verio;北卡罗莱纳:西门子Skyra;明尼苏达州:西门子三;密西西比州:西门子Skyra;西门子医疗解决方案,宾夕法尼亚州莫尔文)。每个参与者的t1加权磁共振成像扫描被划分为通用、白质,CSF概率地图使用SPM12统一的分割图像26梅奥诊所的成人寿命模板(MCALT;nitrc.org/projects/mcalt/)组织先验27和population-optimized细分设置。28为分布形态测量学分析,通用图像空间规范化MCALT空间,调制,平滑8 mm的半峰全宽高斯内核。平滑,调制,标准化的通用图像被用于SPM12一般线性模型框架来估计模型之间的关联认知功能减退组和通用卷voxel-wise基础上。对该地区的兴趣水平分析,组成的阿特拉斯122的标签,源自于自动化的解剖标记图谱,29日从MCALT空间传播到每个参与者的MRI本地空间使用先进的标准化工具软件。30.参与者空间图谱标签被用于parcellate每个参与者的通用图像感兴趣的区域,和每个地区的通用卷被求和计算通用概率在每个地区的兴趣和乘以体积的体素。通用汽车获得颅内总额,白质,CSF概率是总结和阈值。孔填充和形态学操作进行消除虚假的断开连接的地区。
我们推测先验,通用卷会下降与认知领域相关团体感兴趣的地区与当前性能相关的已知在各自的领域:内存(内侧颞叶、海马、杏仁核、后扣带,和嗅觉皮层)、语言(左额下回和左颞上回),和执行功能(前额叶皮层、前扣带皮质下区域)。一些感兴趣的其他地区也探索包括:角形脑回,距状裂,小脑,基底神经节,梭状回,Heschl回,脑岛,舌,楔片,中央前回,楔前叶,中央后回,中央沟,辅助运动皮层,supramarginal回、丘脑。
统计分析
访问5参与者特征显示方式和SD用于连续变量和百分比分类变量。在认知能力下降组与特点进行了比较t测试连续变量和χ2测试分类变量。
线性回归模型调整年龄(连续;年)、性别(男、女)、种族(白色,黑色),教育(少于高中;高中期间,或职业学校;学院或专业学校毕业),估计颅内总额(连续;立方厘米)被用来评估协会先前的认知能力下降的地区通用卷。对于每一个感兴趣的区域,协会(回归系数)的强度表示为不同地区感兴趣的体积百分比相对于平均大小的体积的参照群体(集团所有领域至少下降80%)。负值表示一个较小的区域与参照群体的利益。与年龄、性别、种族进行测试。
在敏感性分析,模型语言域重复局限于右手参与者(n = 1725)。3其他敏感性分析,我们重复所有分析(1)扣除213参与者得分<第五百分位在任何基线(访问1990 - 1992)的认知测试(n = 1633),(2)不含11参与者MMSE得分较低(< 19对黑人和< 21个白人,n = 1835)排除可能的流行病例轻微的痴呆的基线,和(3)不包括567名参与者之前梗塞(s)和个人负担10%最大的白质高密度(n = 1279)。
所有报告测试2站,和一个值p< 0.05被认为是显著的。在分布分析,修正多个使用错误发现率进行比较p< 0.05。分析与占据15 SE版本(StataCorp,大学城,TX)和SPM12 (fil.ion.ucl.ac.uk / spm /软件/ spm12)。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者以合理的要求。
结果
人口特征研究访问5(2011 - 2013)所示的模式认知能力下降表1。参与者的平均76岁;60%的人是女性;和28%是黑人。参与者相比下降至少80%的所有领域,那些最伟大的下降20%≥1域老(78 vs 75年,p< 0.001);类似的性(58% vs 61%女性,p= 0.2);更可能是黑色的(45% vs 17%,p< 0.001);不太可能有一个大学毕业生,或职业学校教育(28% vs 56%,p< 0.001);和更有可能有高血压(81% vs 71%,p< 0.001)和糖尿病(40% vs 30%,p< 0.001)。
表2显示下降的调整协会团体的通用卷。最大的参与者只在内存域(即下降20%。,whatever declines they had in other domains did not put them into the category of greatest 20%) had smaller GM volumes in the medial temporal lobe (−3.3%, 95% confidence interval [CI] −4.6% to −2.1%), amygdala (−2.7%, 95% CI −4.1% to −1.3%), entorhinal cortex (−4.1%, 95% CI −6.0% to −2.2%), and hippocampus (−3.8%, 95% CI −5.2% to −2.4%) compared to participants with the least 80% decline in all domains. Participants with the greatest 20% decline in the language domain had smaller GM volume in the left inferior frontal gyrus (−3.3%, 95% CI −4.4% to −0.5%) and the left superior temporal gyrus (−2.6%, 95% CI −4.6% to −0.7%) compared to participants with the least 80% decline in all domains, as hypothesized, but also in the prefrontal cortex (−2.6%, 95% CI −4.4% to −0.9%) and subcortical areas (−1.5%, 95% CI −2.8% to −0.2%). In language domain sensitivity analyses restricted to right-handed participants, associations with the left inferior frontal and left superior temporal gyri were similar but slightly stronger compared to our main results (表3)。参与者最大的下降20%在执行功能域较小的通用卷在前额皮质(−3.1%、95% CI−−1.4% 4.9%)和皮层下(−2.0%、95% CI−−0.7% 3.3%)地区相比,参与者至少下降80%的所有领域,作为先验假设,在左额下回(−3.5%、95% CI−−0.7% 6.4%)和左颞上回(−3.1%、95% CI−−1.2% 5.1%)。一般来说,较小的参与者之间的通用卷被认为在更多地区最大的多个域(下降20%表2)。没有证据表明交互的年龄(所有这些关联p互动> 0.05);然而,有证据显示2性相互作用的关联与嗅觉下降组(p互动= 0.009)和杏仁核(p互动< 0.001)卷,强关联的内存较小的嗅觉卷男性和女性小杏仁核卷。也有证据表明交互由竞赛协会与嗅觉下降组卷(p交互= 0.01)卷,强关联的内存较小的卷在这一地区黑人。敏感性分析成果结论类似于我们的主要当213名参与者得分低于第五百分位在任何基线(访问1990 - 1992)的认知测试被排除在外(表4),当11参与者MMSE得分较低(< 19白人对黑人和< 21)被排除在外(表5),前567名参与者时梗死(s)和个人负担10%最大的白质高密度被排除在外(表6)。
分布形态测量学组之间差异的比较通用的最大下降20%和80%下降在内存中,语言,和执行函数所示图。大幅的分布形态测量学地图显示有限的区域较小的体积在内侧颞叶和海马与记忆衰退之前,让更广泛的分布区域与前语言和执行功能的下降。调整关联下降组与16个地区感兴趣的通用卷没有假设先验与认知能力下降有关域名表e 1所示(可以从森林女神,doi.org/10.5061/dryad.nr0kj16)。在这些探索性分析、前语言和执行功能下降与较小的通用卷在感兴趣的多个区域,而之前下降在内存中只有较小的通用汽车的体积有关楔前叶(−2.1%、95% CI−−0.4% 3.9%)。
讨论
之前在本社区人口,减少内存域降低通用卷在内侧颞叶和海马区域,而之前下降相关的语言和执行功能域通用卷更isocortical较低的地区。
之前我们的研究扩展了文献关联认知功能的大脑区域卷通过评估区域和voxel-wise通用的模式体积对前20年的认知能力下降。类似于之前的横断面研究,依照我们的先验假设,该集团与内存域被发现之前下降减少通用汽车在内侧颞叶和海马体积区域。4,9相比之下,我们发现之前下降仅在语言和仅在执行功能相关脑区较低的通用卷。我们的结果支持旧金山记忆和衰老研究中心,发现全球通用卷损失是主要的独立预测指标的执行功能,5和类似于另一项研究的结果9发现,nonamnestic轻度认知障碍与广泛地降低通用卷,尽管研究全球和区域的影响相比体积差异。其他的研究报告,执行功能是降低通用卷在本地化的大脑区域,包括前额叶和岛通用。6病因,我们的结果是一致的了解不同亚型的痴呆的病理生理学。典型的阿尔茨海默病大脑的结构变化始于记忆障碍早期在海马体中找到。31日然而,至少有四分之一的人与阿尔茨海默病展览的模式isocortical参与海马爱惜。32,33其他痴呆病因,如脑血管疾病和路易的身体疾病常常表现为早期在执行功能障碍和脑萎缩的空间更广泛分布。34,35
确定本研究的局限性和优势应该考虑我们的结果的解释。在这个人口,我们无法评估通用卷的变化随着时间的推移,但我们能够利用前20年的纵向轨迹变化的认知域函数来定义我们的认知域组。在这些分析中,我们进行很多比较,但是我们指定的先验假设和探索性分析和校正用于多个比较分布形态测量学分析。我们研究的另一个局限性是人开发痴呆ARIC访问前5的MRI扫描。然而,如果有的话,这样的生存或摩擦偏差应向示威cognitive-imaging协会工作。
我们的研究结果的基础上,我们得出结论,在这个人口,有证据表明焦疾病过程影响前内侧颞叶和海马脑区与记忆功能下降(如阿尔茨海默病,海马硬化,主要与年龄相关的tauopathy)。相比之下,与之前相关的主要病理学语言和执行功能下降与减少在非连续的大脑区域和脑容量可能会与更多的异构过程,如血管性痴呆,路易体痴呆,或阿尔茨海默病的典型(皮层)报告。
作者的贡献
A.L.C.施耐德:研究概念和设计,分析和解释,起草了手稿。马丁Senjem, a .吴总,J.L. Gunter C.G.施瓦茨:分析和解释,重要的修订手稿的重要知识内容。科学博士Knopman, T.H.莫斯利、水戈特斯曼和境Sharrett:采集的数据,关键的修订手稿的重要知识内容。C.R.杰克:研究概念和设计、关键的修订手稿的重要知识内容。
研究资金
ARIC研究进行协作研究由国家心脏,肺和血液研究所合同HHSN268201100005C, HHSN268201100006C, HHSN268201100007C, HHSN268201100008C, HHSN268201100009C, HHSN268201100010C HHSN268201100011C, HHSN268201100012C。神经认知数据收集资金资助U01 HL096812, HL096814, 8 HL096899 HL096902, HL096917和国家神经疾病和中风研究所(研究所)。施耐德博士是由美国国立卫生研究院/研究所通过行政R25NS065729补充奖。Gross博士是由K01AG050699来自美国国立卫生研究院/国家老龄研究所。
信息披露
a·施耐德·m·Senjem吴a, a .总值报告没有披露相关的手稿。d . Knopman是一个编辑半岛投注体育官网。j·冈特、c·施瓦兹和t·莫斯利报告没有披露相关的手稿。r·戈特斯曼是一个编辑半岛投注体育官网。a . Sharrett和c·杰克报告没有披露相关的手稿。去半岛投注体育官网Neurology.org/N为充分披露。
承认
作者感谢工作人员和参与者ARIC研究的重要贡献。
脚注
去半岛投注体育官网Neurology.org/N为充分披露。资金信息和披露认为作者相关的,如果有的话,年底提供这篇文章。
- 收到了2018年7月20日。
- 接受的最终形式2018年10月29日。
- ©2019美国神经病学学会的半岛投注体育官网
