大脑脆弱区域的磨损会导致认知能力下降

　　

随着我们大脑的老化，在神经元之间传递信息的白质束中开始出现小的损伤。这些损伤会损害白质，导致认知缺陷。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员和同事们不仅解释了这些病变的位置，而且还解释了它们最初是如何发展的。

这项工作由史蒂文斯大学机械工程助理教授约翰内斯·威肯梅尔(Johannes Weickenmeier)领导，强调了将大脑不仅仅视为支撑思想形成和记忆创造的神经回路的重要性。它也是一个容易出现故障和机械故障的物理物体。“大脑的脆弱区域很容易受到磨损，”Weickenmeier说。“尤其是在一个衰老的大脑中，我们需要研究它的生物力学特性，以便更好地理解事情是如何开始出错的。”

这些病变——被称为深部和脑室周围白质高强度，因为它们在MRI扫描上显示为明亮的白色斑块——人们对它们知之甚少。但这并不罕见:大多数人在60多岁时都会有一些，而且这种变化只会随着年龄的增长而增加。损伤积累越多，增长越快，我们就越容易出现从记忆问题到运动障碍等认知障碍。

通过对8名健康受试者的核磁共振成像扫描，威肯迈尔与瓦莱里·维瑟(Valery Visser)、纽约大学格罗斯曼医学院(Grossman School of Medicine)放射学家亨利·鲁斯内克(Henry Rusinek)合作，开发了每个受试者大脑的个体化计算机模型。维肯梅尔目前正在苏黎世大学攻读博士学位。研究小组绘制了心室壁(大脑深处充满液体的腔室的衬里)上的张力，就像压力波通过受试者的脑脊液(CSF)一样。他们发现，高强度往往发生在必须拉伸更多以适应循环脑脊液压力变化的区域附近，因为这些区域磨损薄，脑脊液可能渗漏到大脑并造成损伤。

“随着时间的推移，心室的细胞壁会磨损，就像一个反复充气和泄气的气球，”Weickenmeier说。“压力不是均匀的——它们是由心室的几何形状决定的，所以我们可以预测这些失败会发生在哪里。”

Weickenmeier说，该模型为这些病变的位置提供了一个简单的、基于物理学的解释，揭示了机械载荷“肯定是疾病发病的一个主要因素”。

该团队的研究最近发表在《科学报告》(Scientific Reports)上，使用2D图像显示了大脑的横截面，但Weickenmeier的团队后来将其研究扩展到完整的3D大脑模型。接下来，Weickenmeier希望利用史蒂文斯学院开发的先进MRI技术直接研究脑室壁的运动。

从长远来看，该研究小组的发现可能会促进新的损伤治疗方法的发展。通常情况下，药物治疗很难穿过血脑屏障到达受影响的区域，但新的研究表明，有可能通过心室壁的渗漏直接将药物输送到病变部位。“还有很长的路要走，我们没有直接研究它，”Weickenmeier警告说。“但这是一种有趣的可能性。”

Weickenmeier解释说，该团队的研究得出的更广泛的结论是，大脑的衰老过程是由物理过程介导的，包括循环血液的压力和脑脊液。这就强调了健康行为的必要性，比如进行足够的锻炼，避免接触有害物质，这些都可以减轻大脑的压力。