Investigadores de la Universidad china de Shanxi, en Taiyuan, han conseguido analizar las alteraciones del cerebro durante el proceso normal de envejecimiento; en particular, los cambios conjuntos entre la función y la estructura cerebral, así como su impacto en el deterioro cognitivo.
En su trabajo que aparece en Research, proponen un marco eficaz que incluye predicciones de edad tanto monomodales como multimodales, “con validación cruzada anidada para garantizar la identificación de biomarcadores clave de neuroimagen multimodal asociados con el envejecimiento”.
Para ello, han utilizado un amplio conjunto de datos de un total de 27.793 adultos sanos, en el que equilibraron minuciosamente el tamaño de las muestras entre los diferentes grupos de edad y entre géneros.
Es bien sabido que el deterioro cognitivo relacionado con la edad se vincula estrechamente a cambios en la estructura cerebral y las interacciones funcionales. La mayoría de los estudios previos de neuroimagen han investigado el envejecimiento utilizando una sola modalidad, con la resonancia magnética estructural (RMs) o la conectividad funcional derivada de la resonancia magnética funcional en reposo (RMf-rs).
Sin embargo, la función y la estructura del cerebro se acoplan y se desarrollan conjuntamente durante el envejecimiento. En opinión de estos científicos, “examinar solo una modalidad dificulta desentrañar los verdaderos mecanismos del envejecimiento cognitivo. Además, muchos estudios multimodales sobre la edad cerebral, simplemente concatenan características funcionales y estructurales, lo que a menudo permite que las características estructurales más fuertes eclipsen las contribuciones funcionales más sutiles. Como resultado, pueden pasarse por alto los patrones genuinos de envejecimiento articular”.
Para abordar estos desafíos, este equipo desarrolló un marco unificado multimodal de predicción de la edad del cerebro y análisis conjunto del envejecimiento. Específicamente, la edad se predijo por separado a partir de la conectividad de red funcional (FNC) y del volumen de materia gris (GMV) de todo el cerebro “mediante regresión Lasso anidada de doble capa, con validación cruzada de 10 pliegues, lo que produjo características funcionales y estructurales estables relacionadas con la edad”.
Las características importantes de la conectividad de red funcional y del volumen de materia gris, identificadas a partir de modalidades individuales, se fusionaron y evaluaron bajo el mismo esquema de validación cruzada anidada, lo que aseguró una comparación multimodal justa y evitó la dominancia estructural.
Finalmente, cada FNC confiable se emparejó con los GMV de sus dos regiones conectadas para formar cambios conjuntos del envejecimiento, lo que permitió a los científicos la caracterización sistemática de cambios funcionales-estructurales sinérgicos (o contradictorios) y su relevancia cognitiva.
El estudio confirmó que los modelos basados en GMV superaron a los basados en FNC en la predicción de la edad, lo que indica una mayor sensibilidad estructural al envejecimiento. Es crucial que el modelo multimodal que combina las características de FNC y GMV haya alcanzado la mayor precisión predictiva, lo que subraya la necesidad de un análisis integrado para una comprensión integral del envejecimiento cerebral.
Un análisis más detallado de los cambios conjuntos FNC-GMV reveló dos patrones de envejecimiento primarios:
Por un lado los cambios sinérgicos; esto es, disminución simultánea de la fuerza del FNC y del GMV, observada predominantemente en el cerebelo, el polo frontal, la circunvolución paracingulada y la corteza precúnea (este patrón indica una degeneración funcional y estructural coordinada en las regiones que rigen el control motor y la cognición de orden superior).
Y por otro lado, los cambios contradictorios; es decir, aumento del FNC junto con una reducción del GMV, que se presenta principalmente en áreas visuales como el polo occipital y la corteza occipital lateral (esto sugiere una mejora funcional adaptativa para contrarrestar el deterioro estructural).
Cabe destacar que cambios articulares específicos se asociaron fuertemente con deterioros en distintos dominios cognitivos. Los cambios contradictorios en las áreas visuales se correlacionaron más fuertemente con la inteligencia fluida y la memoria numérica, lo que refleja el mantenimiento adaptativo del procesamiento de la información visual.
Por el contrario, “el deterioro sinérgico entre la Crus I del cerebelo y la circunvolución paracingulada, se relacionó con un tiempo de reacción más lento, lo que indica impactos directos de la degradación de los circuitos sensoriomotores y de atención”.
Este estudio a gran escala -siempre según sus autores- proporciona evidencia directa de cambios funcionales y estructurales conjuntos en el envejecimiento cerebral saludable, revelando un proceso dinámico complejo que implica tanto una degeneración sinérgica generalizada como una adaptación compensatoria localizada.
Añaden que los hallazgos no solo amplían la comprensión de los mecanismos neurobiológicos que subyacen al deterioro cognitivo diferencial, sino que también sientan las bases para el desarrollo de biomarcadores de neuroimagen multimodal y estrategias específicas de intervención temprana.