大脑表面微小的浅沟可能为衰老和阿尔茨海默病如何影响脑结构和认知功能提供新的见解。一项发表在《神经科学杂志》上的新研究表明，这些被称为“三级沟槽”的小凹陷在老年人和阿尔茨海默病患者中比更深、更明显的脑褶皱表现出更显著的变薄。重要的是，其中一些沟槽的变薄与记忆力和执行功能的下降密切相关。
阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，其特征是进行性记忆丧失和认知能力下降，通常发生在老年阶段。研究人员长期以来一直在试图理解导致这种衰退的具体脑部变化。一个关注领域是大脑皮层——大脑的外层，其复杂的表面由隆起（回）和沟槽（沟）组成。这些特征不仅仅是结构性的，还与大脑功能和发展有关。虽然较大的沟槽已经广泛研究过其与衰老和阿尔茨海默病的关系，但较小且变化多样的沟槽却一直被忽视——直到现在。
这项新研究聚焦于大脑后内侧皮质（PMC）区域中的这些较小沟槽。该区域包括楔前叶和后扣带回的部分，它在记忆和其他认知过程中发挥关键作用，同时也是最早受到阿尔茨海默病标志物——淀粉样蛋白和tau蛋白积累影响的脑区之一。
由加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）科学家领导的研究团队使用高分辨率脑扫描技术检查了216名成年人的沟槽情况。样本包括72名22至36岁的年轻成人、72名65至90岁认知健康的老年人，以及72名与健康老年组年龄匹配的阿尔茨海默病患者。所有参与者都接受了详细的结构性脑成像磁共振成像（MRI），并评估了记忆力和执行功能。
与依赖自动化脑图谱的典型研究不同，研究人员手动识别并标记了参与者脑扫描中的4000多个沟槽。这一过程尤为重要，因为目标的小型沟槽通常不会出现在平均脑模板或自动地图中。每个沟槽均由接受过训练的专家使用专业软件和参考图谱进行标注。团队重点关注了PMC区域内的12个特定沟槽，其中一些沟槽是近年来新发现的，尚未包含在标准解剖数据库中。
为了测量脑结构的变化，研究人员计算了每个沟槽的厚度和深度，并将这些测量结果在三组参与者之间进行了比较。数据显示，随着年龄增长和疾病进展，皮层变薄现象明显，最显著的变化发生在最小、最浅的沟槽中。例如，两个名为下缘沟（ifrms）和腹侧次胼胝体沟（sspls-v）的沟槽显示出比任何较大、较深的沟槽更显著的变薄。这些发现一致存在于大脑的两个半球，尽管右半球在某些对比中表现出了稍强的效果。
不仅这些小型沟槽显示出更大的萎缩，其结构完整性也与认知表现更加紧密相关。通过能够识别记忆和执行功能最重要预测因子的统计模型，研究人员发现，右半球中一些沟槽（尤其是新描述的ifrms和sspls-v沟槽，以及一些较大、较成熟的沟槽）的变薄与较低评分密切相关。这些关系特指皮层厚度；沟槽深度对认知表现的预测力不如前者。
这些结果支持了一种称为“逆行发生假说”的理论，该理论认为，生命后期发育的大脑区域也是在衰老和疾病中首先衰退的区域。由于三级沟槽是脑发育过程中最后出现的，并主要存在于与高级思维相关的区域，因此它们可能特别容易受到退化的影响。它们在认知中的作用及其在个体间的结构变异性也使它们成为未来研究个性化风险和阿尔茨海默病抗性因素的重要目标。
该研究的作者还指出，他们采用的个体水平、高分辨率方法与许多过去依赖群体平均脑数据的研究形成鲜明对比。通过手动标注每位参与者的沟槽，团队能够检测到可能被忽略的解剖变异。这种对个体变异的关注有助于解释为何认知衰退在不同人群中进展不同，即使诊断相似的人群也是如此。
尽管该研究提供了三级沟槽萎缩与认知衰退之间的关联证据，但仍存在一些局限性。由于沟槽是手动标注的，这一过程耗时且限制了样本规模，相较于大规模成像研究而言。此外，研究结果基于横断面数据，即每位参与者仅在一个时间点上被研究。需要纵向研究来确认这些沟槽在衰老和阿尔茨海默病进展过程中的变化。
另一个未解决的问题是，为什么这些小型沟槽特别脆弱。一些研究者推测，它们位于富含长距离连接的脑区，使其更容易退化，而另一些人则指向其薄皮层结构或靠近早期蛋白质堆积部位的原因。未来利用尸检数据或先进成像技术的研究可能会帮助阐明这些机制。
本研究题为《定义被忽视的结构揭示了衰老和阿尔茨海默病中皮层与认知的新关联》，由Samira A. Maboudian、Ethan H. Willbrand、Joseph P. Kelly、William J. Jagust、Kevin S. Weiner及阿尔茨海默病神经影像学计划团队共同完成。
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