تاثیر تغییرات مغزی در سالمندان بر کارکرد های شناختی

همانند سایر اندام‌های بدن انسان، مغز نیز در درازای عمر دچار فرسودگی و کاهش توانمندی می‌شود. از آنجا که وضعیت ساختاری مغز بر کیفیت کارکرد آن تأثیر می‌گذارد، بررسی تغییرات ساختاری مغز در شناخت بهتر توانمندی های شناختی در سالمندان سودمنددانسته شده است. در این جا نگاهی داریم بر تاریخچه پژوهش های انجام شده در زمینه تغییرات در اندازه و شکل ساختار ظبیعی مغز در دوره سالمندی و روش هایی‌ که به تازگی برای اندازه‌گیری ساختار مغز و بررسی ارتباط ساختار-عملکرد انجام‌شده است.

پیری مغز

از نظر تاریخی، در گذشته اندازه‌گیری ساختار مغز (حجم ماده سفید، قشر مخ، فضاهای بطنی) تنها از راه بررسی بافت‌شناسی مغز پس از مرگ انجام می شد. اما با ظهور تصویربرداری رزونانس مغناطیسی MRIپژوهشگران توانستند به ارزیابی سه‌ بعدی دیجیتال در زمینه تفاوت‌های حجم مناطق مختلف مغز در بررسی های مقطعی و تغییرات پدید آمده در گذر زمان بپردازند. همسو با بررسی های انجام شده در دوره های گذشته که پس از مرگ انجام شده، تصویر برداری از درون بدن، همبستگی‌های منفی معناداری بین سن و حجم کلی بافت مغز نشان ‌داده اند. بررسی های انجام شده در دهه‌های اخیر نشان داده اند که پیری مغز در میان مناطق آن متفاوت است، در این حوزه پژوهش ها فراتر از اندازه‌گیری‌های ساده کل مغز، ماده خاکستری یا سفید گسترش یافته است. آنچه که اکنون درباره پیری ساختار مغز می‌دانیم مبتنی بر حجم سنجی دستی است. استفاده از این روش "استاندارد طلایی" منجر به درک الگوی متفاوت پیری منطقه‌ای مغز شده است. این پیری مغز افتراقی با بیشترین آسیب‌پذیری ناشی از سن، در قشرهای ارتباطی نشان داده می‌شود، که مسئول پردازش شناختی سطوح بالاتر فعالیت های مغزی هستند. قشرهای حسی اولیه ( برای نمونه، قشر بینایی و قشر حرکتی اولیه و قشر حسی-تنی)، در برابر فرآیند پیری کمتر آسیب‌پذیر هستند. از نظر منطقه‌ای، قشر پیش‌پیشانی بالاترین ارتباط را با سن نشان ‌داده است. در نواحی گیجگاهی، آهیانه ای و پس‌سری تغییرات کمتری دیده ‌شده است. برای ساختارهای زیرقشری، حجم آمیگدال، هیپوکامپ، مخچه و تالاموس با بالا رفتن سن ارتباط نسبتاً منفی گزارش شده است. به نظر می‌رسد که پل مغزی در برابر پیری مقاوم است و کاهش حجم بسیار کمی را نشان می‌دهد. این ارتباطات سنی در مناطق ماده خاکستری قشر مغز، به استثنای هیپوکامپ، تمایل به خطی بودن دارند، اما در حجم ماده سفید، تمایل به نشان دادن یک مسیر شتاب‌دار با افزایش سن دارند. در واقع، هنگام بررسی کل دوره سنی از نوزادی، حجم ماده سفید یک تابع U شکل معکوس با رشد تا نوجوانی، یک خط یکنواخت در میانسالی و کاهش در سنین بالاتر نشان می‌دهد.

بررسی های طولی انقباض منطقه‌ای مغز (که تغییرات واقعی را با افزایش سن اندازه‌گیری می‌کنند) نادرتر از مطالعات مقطعی پیری هستند. با این حال، رایج‌ترین پژوهش های طولی از رویکرد حجم سنجی دستی استفاده می‌کنند. بخش عمده‌ای از آنچه ما در مورد پیری مغز افراد در طول زمان می‌دانیم، از ادبیات حجم‌سنجی دستی به دست آمده است. امروزه بسیاری بر این باورند که مطالعات طولی الگوی مشابهی از کاهش منطقه‌ای را در بررسی های مقطعی نشان می‌دهند. با این حال، به نظر می‌رسد که تغییرات زمانی زیادی نیز در حجم منطقه‌ای وجود دارد، همان گونه که در بررسی های طولی چند موجی (یعنی بیش از دو نقطه زمانی) نشان داده شده است. بررسی های طولی بسیار بیشتری در مورد تغییر حجم منطقه‌ای مغز، در حالت ایده‌آل با معیارهای چند نقطه زمانی، مورد نیاز است. با وجود این، انجام این کار دشوار است و تکنیک‌های جدیدتر پیوستهً در حال پیشرفت هستند تا امکان خودکارسازی (یا نیمه‌خودکارسازی) اندازه‌گیری ساختار مغز را فراهم کنند. گفتنی است که این روش‌های نوین تا اندازه ای ناکافی هستند و باید با احتیاط وهمراه با دانش نوروآناتومی به کار گرفته شوند.

سنجش حجم و شکل بخش های مخ

اندازه‌گیری دستی حجم منطقه‌ای مغز در اسکن‌های MRI کار بسیار زمان‌بری است که باید توسط کارکنان آموزش‌دیده با دانش خوب از نوروآناتومی و اندازه‌گیری‌های بسیار تکرار و قابل اعتماد انجام شود. بنابراین، روش‌های خودکار و نیمه‌خودکار برای برآورد حجم منطقه‌ای مغزگسترش یافته‌اند که یکی از آنها مورفومتری مبتنی بر وکسل است (VBM). از مقدار شدت هر پیکسل سه‌بعدی در مغز برای اختصاص آن به عنوان احتمال بخش خاکستری، سفید یا مایع مغزی نخاعی (CSF) استفاده می‌کند و پس از میانگین‌گیری ویژگی های مغزی همه شرکت‌کنندگان در بررسی می‌تواند تفاوت‌های گروهی (مثلاً سن یا بیماری) را در هر وکسل محاسبه کند. این تکنیک به دلیل آسان بودن کاربرد در دهه گذشته به سرعت و به طور گسترده پذیرفته شد. با این حال، با آغاز پژوهش های اعتبارسنجی و مقایسه روش‌ها، نشان داده شده است که VBM حجم واقعی را به خوبی برآورد نمی‌کند. شاید به این دلیل است که این روش به جای برگزیدن یک پایگاه زیست شناختی معنادارتر، بر پایه شدت در هر وکسل نتیجه گیری می کند. بنابراین، VBM به عنوان یک معیار غیر اختصاصی از "چگالی" ماده مغز در نظر گرفته شده است و این تکنیک تنها برای مطالعات اکتشافی فرضیه‌ساز که با تجزیه و تحلیل‌های منطقه‌ای مشخص دنبال می‌شوند، توصیه می‌شود.

بررسی های حجم منطقه‌ای مغز و پیری شناختی

با توجه به اینکه عملکرد مغز ظاهراً به یکپارچگی ساختاری مغز متکی است، بسیاری از پژوهش ها به بررسی ارتباط تفاوت‌های سنی و تغییرات در حجم مناطق گوناگون با عملکرد اساسی فرضی آنها پرداخته‌اند. یافته‌های به دست آمده از این بررسی های متناقض است؛ زیرا حجم مغز در طول چند دهه دچار نوسان می‌شود (شامل رشد و کوچک شدن) از سوی دیگر افراد میانسال وسالمند احتمالاً توانایی جبران تخریب ساختار مغز در طول زمان را از دست می دهند یا برای جبران کاهش یکپارچگی ساختاری به منابع ذخیره شناختی روی می آورند. افزون بر این، ارتباطات ساختار-شناخت به آسانی تکرار نمی شوند و به چگونگی ارزیابی شناختی و ترکیب نمونه حساس هستند. برخی بررسی ها نشان داده اند که کوچک شدن هیپوکامپ و کوچک شدن انتورینال در سالمندان با عملکرد ضعیف‌تر حافظه ارتباط دارد.

عملکرد اجرایی

در مجموع، به نظر می‌رسد که توانایی برنامه‌ریزی، سازماندهی و اجرای موفقیت‌آمیز خروجی شناختی با افزایش سن به در دسترس بودن حجم‌های دست نخورده‌ی کافی از قشرهای پیش‌پیشانی (PFC) بستگی دارد. عملکرد بهتر در برخی از وظایف اجرایی (برای نمونه، آزمون مرتب‌سازی کارت ویسکانسین، WCST) با PFC بزرگتر مرتبط است. تجزیه و تحلیل‌های چند متغیره از حجم مغز و شناخت نشان می‌دهد که تفاوت‌های مرتبط با سن در حجم، از طریق ارتباطات پیچیده عوامل واسطه‌ای، بر عملکرد اجرایی تأثیر می‌گذارند. برای نمونه، هد و همکاران (2009) دریافتند که با افزایش سن، کاهش برخی فرآیندهای شناختی منتخب مانند سرعت پردازش، پردازش ترتیب زمانی، حافظه کاری و بازداری وابسته است. «حجم» بخش جانبی پیشانی به طور چشمگیری عملکرد را در نمره ترکیبی کارکرد اجرایی در سالمندان در یک بررسی VBM پیش‌بینی کرد. در یک بررسی مورفومتری مبتنی بر تغییر شکل (DBM)، که برخی از مشکلات VBM را بهبود می‌بخشد، کاردناس و همکاران (۲۰۰۹) دریافتند که نواحی ماده خاکستری بخش جانبی پیشانی پشتی و مخچه پشتی بالایی با تغییرات مرتبط با سن در نمره ترکیبی عملکرد اجرایی مرتبط هستند.

حافظه کاری

بررسی های اندکی به همبستگی‌های نوروآناتومیکی حافظه کاری پرداخته اند. سالات و همکاران (2002) گزارش کردند که حافظه کاری بهتر در سالمندان با حجم‌های کوچک‌تر اوربیتوفرونتال دیده می‌شود، و گانینگ-دیکسون و راز (2003) ارتباط معناداری بین حافظه کاری و حجم قشر پیش‌پیشانی یا دوکی‌شکل پیدا نکردند. در یک بررسی طولی، کوچک شدن شکنج دوکی‌شکل در طول پنج سال را پیش بینی کننده، کاهش حافظه کاری دانستند. از آنجا که حافظه کاری به خودی خود یک ساختار شناختی جالب است، بیشتر بررسی های انجام شده در زمینه حجم-شناخت، از عملکرد حافظه کاری به عنوان یک عامل واسطه‌ای در پیش‌بینی تفاوت‌های مرتبط با سن در سایر حوزه‌های شناخت بهره گرفته ‌اند. در یک بررسی اولیه، راز و همکاران (1998) دریافتند که حجم قشر بینایی ثانویه، اما نه حجم پیش‌پیشانی، با حافظه کاری غیرکلامی بهتر مرتبط است.همچنین، کاستی‌های مرتبط با سن در عملکرد تصویرسازی ذهنی دیداری-فضایی به طور انتخابی با کوچک‌تر شدن قشر پیش‌پیشانی و کاهش مرتبط با سن در حافظه کاری ارتباط داشته است. حافظه کاری همچنین واسطه برجسته‌ای برای معیارهای ضمنی آماده‌سازی و عملکرد یادگیری مهارتها در بسیاری از بررسی ها بوده است ازاین رو، حافظه کاری احتمالاً به حجم سالم در طیف گسترده‌ای از ساختارهای مغز (عمدتاً قشرهای ارتباطی) بستگی دارد.