Международная команда исследователей выявила специфический паттерн мозговой активности, который защищает от когнитивного спада при болезни Альцгеймера, даже при наличии характерных патологических изменений в мозге. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, основано на данных 490 участников исследования DELCODE. Ученые установили, что выраженность этого паттерна, названного ими «нейронной подписью когнитивного резерва», позволяет предсказать, насколько медленно будет прогрессировать ухудшение памяти у пациентов с риском заболевания.
Паттерны повышенной (красные) и пониженной (синие) активности при решении задач на вспоминание в фМРТ. Niklas Vockert et al. / Nature Communications 2024
Концепция «когнитивного резерва» (КР) объясняет, почему при одинаковой тяжести патологии, например, распространенности амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера (БА) одни люди сохраняют ясный ум, а другие быстро теряют память. Считалось, что КР связан с образованием, интеллектом или активным образом жизни, но его конкретные нейронные механизмы оставались загадкой. Предполагалось, что ключевую роль играют сети мозга, ответственные за память (например, гиппокамп) и высшие когнитивные функции (лобная кора). Однако в большинстве исследований лишь косвенно связывалась активность мозга с КР через уровень образования или IQ, а не изучалось, как именно эта активность смягчает удар патологии по мышлению.
Для исследования использовали многомерный подход. Сначала создали единый «индекс патологической нагрузки» (PL), объединив три ключевых биомаркера Альцгеймера (уровень бета-амилоида и тау-белка в ликворе, а также атрофию гиппокампа по МРТ) с помощью нелинейного метода снижения размерности t-SNE. Участники исследования (от здоровых до пациентов с деменцией) выполняли задачу на запоминание изображений внутри МРТ-сканера: классифицировали сцены как «уличные» или «домашние», а через час вспоминали их. Активность мозга фиксировалась с помощью фМРТ с выявлением зон, работающих при успешном кодировании воспоминаний.
Затем с помощью метода главных компонент (PCA) и регрессионного анализа исследователи нашли паттерн мозговой активности, который модерирует (изменяет) связь между индексом PL и результатами когнитивных тестов (PACC5, фактор памяти). Проще говоря, тот паттерн, при котором высокий PL не ведет к резкому падению памяти.
Результаты показали, что ключевой паттерн когнитивного резерва включает два основных компонента. Во-первых, происходит более сильная активация в нижних височных областях, включая веретенообразную извилину (обработка сложной зрительной информации). Во-вторых, сильнее ослабляется активность в областях сети пассивного режима работы мозга (Default Mode Network, DMN) – прежде всего в предклинье, задней поясной коре и угловой извилине.
Этот паттерн в значительной степени совпадал с типичной активностью при успешном запоминании. Это позволяет предположить, что основа КР – это способность поддерживать функциональную целостность основных когнитивных сетей (особенно эффективную деактивацию DMN во время задачи) при наличии патологии.
На основе этого паттерна рассчитали индивидуальные фМРТ-баллы КР. Эти баллы ослабляли негативное влияние патологической нагрузки на когнитивные функции в момент обследования, в том числе у когнитивно здоровых людей. Они также были слабо, но значимо положительно связаны с годами образования (r = 0.114). В долгосрочной перспективе (5 лет наблюдения) более высокий балл КР ослаблял влияние атрофии гиппокампа на скорость когнитивного снижения. В нескольких областях (например, части гиппокампа) активность, связанная с КР, не совпадала по направлению с активностью при успешном запоминании («дискордантные» регионы), что указывает на более сложные регион-специфичные взаимоотношения.
Это исследование можно считать одним из первых, строго соответствующих современным критериям изучения КР: оно прямо показывает, как именно активность мозга модифицирует вред от биомаркеров Альцгеймера. Ключевой вывод состоит в том, что основа КР – не компенсация, а поддержание функциональности «рабочих лошадок» познания – DMN и зрительно-височных сетей. Их устойчивость может быть связана с сохранным метаболизмом, меньшим воспалением или сосудистыми рисками (объем гипертензивных очагов в белом веществе слабо коррелировал с КР-счетом). Это меняет фокус: будущие методы защиты от деменции должны не просто «тренировать мозг», а целенаправленно поддерживать целостность ключевых сетей, например, через нейростимуляцию.
Однако, среди ограничений стоит выделить то, что выявленный паттерн зависит от конкретной задачи фМРТ, а его групповое усреднение может отличаться от индивидуальной активности. Кроме того, индекс PL основан на доступных биомаркерах (ликвор, объем гиппокампа) и статичен, то есть не отражает динамику патологии, так же как и сам КР, который рассматривался как статичная характеристика, а не динамический процесс.
Перспективы включают изучение КР в динамике с использованием мультимодальных данных и методов, учитывающих индивидуальные различия в функциональной организации мозга. Персональные КР-счеты на основе фМРТ могут стать инструментом прогноза риска деменции и оценки того, насколько эффективна профилактика.
Текст: Анна Хоружая
Cognitive reserve against Alzheimer’s pathology is linked to brain activity during memory formation by Niklas Vockert et al. in Nature Communications. Published 2024
