大脑易受损伤区域的磨损会导致衰老过程中认知能力下降

大脑易受损伤区域的磨损会导致衰老过程中认知能力下降

　　

史蒂文斯理工学院(Stevens Institute of Technology)的研究人员表示，心室壁的压力可以解释老化大脑中病变发展的部位。

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。病变会损害白质，导致认知障碍。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损伤的位置，还解释了它们最初是如何发展的。

这项研究由斯蒂文斯大学机械工程助理教授约翰内斯·韦克梅尔(Johannes Weickenmeier)领导，它强调了将大脑视为不只是支撑思想形成和记忆形成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对象。Weickenmeier说:“大脑的脆弱区域很容易受到磨损。”“特别是对于一个正在老化的大脑，我们需要观察它的生物力学特性，以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，但人们对其了解甚少。但它们并不罕见:大多数人在60岁时就有了一些，而且这种变化只会随着年龄的增长而增加。累积的损伤越多，生长得越快，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扫描，Weickenmeier与苏黎世大学的博士生Valery Visser和纽约大学格罗斯曼医学院的放射学家Henry Rusinek合作，为每个受试者的大脑开发了一个个性化的计算机模型。研究小组绘制了置于脑室壁(大脑深处充满液体的腔室的衬里)上的应变图，作为通过受试者大脑脊髓液(CSF)的压力脉冲波。他们发现，高强度的脑脊液往往发生在必须拉伸以适应循环脑脊液压力变化的区域附近，因为当这些区域磨损变薄时，脑脊液可能泄漏到大脑并造成损伤。

Weickenmeier说:“心室的细胞壁会随着时间的推移而逐渐磨损，就像不断充气和放气的气球一样。”“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，该模型为这些损伤的位置提供了一个简单的、基于物理的解释，揭示了机械负荷“一定是疾病发病的主要原因”。

该团队的研究最近发表在《科学报告》上，使用了显示大脑横截面的2D图像，但Weickenmeier的团队后来将研究扩展到完整的大脑3D模型。接下来，Weickenmeier希望使用先进的核磁共振技术直接研究脑室壁的运动。

斯蒂文斯理工学院实验和计算软物质生物力学实验室的Johannes Weickenmeier。资料来源:斯蒂文斯理工学院

从长远来看，该小组的发现可能会使新的损伤治疗方法的开发成为可能。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，通过心室壁的渗漏，药物可能会直接进入病变部位。“这还有很长的路要走，我们没有直接研究它，”Weickenmeier提醒说。“但这是一种有趣的可能性。”

Weickenmeier解释说，团队的研究更广泛的结论是，大脑的老化过程是由物理过程介导的，包括循环血液和脑脊液的压力。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，这些都可以减轻对大脑的压力。

参考文献:

“Peak ependymal cell stretch overlaps with the onset locations of periventricular white matter lesions” by Valery L. Visser, Henry Rusinek and Johannes Weickenmeier, 9 November 2021, Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-021-00610-1