Front.aging neurosci-脑电信号功能网络中的枢纽结构支持老年人的高认知功能

在超老龄化社会中，延长健康预期寿命是一个紧迫的问题。然而，衰老和痴呆会导致认知能力下降，从而妨碍身心健康的生活方式。对于痴呆的干预措施可以防止认知能力下降的进展，因此，早期发现对于早期干预很重要。估计认知功能不仅可以用于痴呆症的干预，还可以根据老年人的个体认知功能对老年人的健康生活进行最佳干预，这种增强认知功能的干预措施可能有助于实现老年人的“幸福”。

随着功能性磁共振成像、脑电图（EEG）和正电子发射断层扫描等无创测量大脑活动的方法的发展，致使广泛开展了从大脑活动中阐明大脑功能的研究。功能连接检查神经活动的成对交互。相比之下，图论分析可以检查由功能连接集合组成的全局拓扑特征，已被广泛应用于探索许多疾病的全脑网络异常。例如，在AD中，拓扑网络特征的改变已被报道，这些以聚类系数和节点中心性为代表的变化甚至出现在健康的衰老个体中。

在各种拓扑特征中，被称为“中枢”的大脑区域，即影响整个网络活动的最重要的大脑区域，是协调全脑相互作用的重要因素。特别是，介数中心性 (BC) 被定义为基于网络中最短路径的中心性，被广泛用于检测功能网络中的“枢纽。通过关注整个大脑区域之间的通路，BC可以轻松捕获全局“枢纽”结构，认知功能通过全脑相互作用及其在许多大脑区域之间的整合而出现。因此，BC是揭示与认知功能相关的全局拓扑特征的有效候选者。

在此背景下，作者假设功能网络的全球枢纽结构反映了健康老年人的认知功能。为了研究这个假设，作者检查了使用 PLI从EEG估计的功能网络中的BC值获得的中枢结构与健康老年人的认知功能之间的关系，使用五种认知功能测试（Five-Cog 测试）总分测量，即使在静息状态下，认知功能的表现也反映了功能连接及其拓扑结构，因此，作者评估了闭眼静息状态下的脑电信号。

首先，作者调查了人口统计学特征、BC、测试总分、年龄和教育背景。图 1显示了 4 个频段和 19 个电极的BC值与 Five-Cog 总分之间的相关系数。在 delta 波段的F8 [rho = 0.335 ( p = 0.039)] 和 T4 [rho = 0.343 ( p = 0.034)]，在theta 的Fp1 [rho = 0.368 ( p = 0.022)]观察到具有统计学意义的强正相关带，以及alpha 带中的F8 [rho = 0.325 ( p = 0.046)] 和 Fz [rho = 0.394 ( p = 0.014)]。

图1 介数中心性 (BC) 值与五个认知功能测试 (Five-Cog) 

总分之间的相关系数 (rho)

图 3A、B分别显示了每组 BC 的 θ 波段平均值和事后 t检验的结果。高认知功能在 Fp2 的 BC 值显着高于低认知功能 [ t = 3.23 ( p = 0.0026)]，满足 FDR 的标准 ( q < 0.05)，得到证实。

图2  (A)theta 波段中每个组（高认知功能组和低认知功能组）内的介数中心性 (BC) 的平均值和标准差；（B）heta 波段中 BC 值的t值的地形图。暖色表示高认知功能组比低认知功能组具有更大的价值。

在这项研究中，作者使用EEG信号中BC研究了健康老年参与者的功能网络结构中认知功能水平和中枢特性之间的关系。通过多元线性回归分析，发现 Five-Cog 总分的统计显着正相关主要在额叶区域和 theta 波段。此外，高认知功能组和低认知功能组之间的 BC 比较揭示了θ波段中电极依赖性的显着组别差异。特别是在额叶区域的高认知功能组中观察到高BC。

首先，作者在认知功能方面考虑了BC变化的区域特异性，特别是在 theta 波段的额叶区域；作者还考虑了BC在分析与认知功能相关的功能网络方面的有效性。此外，作者强调了BC作为认知功能相关中枢结构的原因，也也之前的研究做了比较，最后得出结论。确定了支持健康老年人广泛认知功能的theta网络的枢纽结构。这种结构可能反映了全脑网络中信息的复杂整合和传输。此外，证明了基于EEG信号PLI的BC是识别此拓扑的有效方法。尽管仍然存在一些局限性，但研究结果可能有助于开发用于评估认知功能的生物标志物，这对于在即将到来的超级老龄化社会中通过对老年人进行最佳干预来维持高认知功能是有意义的。