Аннотация
Большинство исследований чая опирались на нейропсихологические методы исследования* (особенно для межрегиональных связей) и гораздо меньше на нейровизуализационные методы**. До настоящего времени не было проведено исследований влияния чая на функциональные нейронные сети***.
Мы набрали две группы здоровых взрослых людей, разделив их в соответствии с частотой употребления ими чая, и исследовали как функциональные, так и структурные сети, чтобы выявить роль употребления чая в организации мозга.
Результаты показали, что употребление чая привело к более эффективной структурной организации, но не оказало существенного положительного влияния на глобальную функциональную организацию мозга. В результате чаепития наблюдалось подавление межполушарной асимметрии связей структурных сетей. Но мы не наблюдали какого-либо значительного влияния чаепития на межполушарную асимметрию в связях функциональных сетей. Кроме того, уровень функциональной связи в сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ)**** был больше для группы, пьющей чай, а в структурных связях СПРРМ наблюдалось сосуществование увеличивающихся и уменьшающихся соединений.
Наше исследование дает первые доказательства положительного влияния чаепития на структуру мозга и предполагает защитный эффект на возрастное снижение уровня мозговой организации.
*Нейропсихологические методы методы позволяют изучать связи деятельности мозга и психических явлений. Это необходимо для того, чтобы выявить, как различные участки мозга влияют на человека и его поведение.
**Нейровизуализационные методы - общее название нескольких методов, позволяющих визуализировать структуру, функции и биохимические характеристики мозга: компьютерная рентгеновская томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга, позитронно-эмиссионная (ПЭТ/КТ) и однофотонно-эмиссионная (ОЭКТ).
***Нейронная сеть — это последовательность нейронов, соединенных между собой синапсами. Биологическая нейронная сеть имеет высокую степень связности: на один нейрон приходится порою несколько тысяч связей с остальными нейронами. ****Сеть пассивного режима работы мозга (СПРРМ, также англ. default mode network, DMN) — нейронная сеть взаимодействующих участков головного мозга, активная в состоянии, когда человек не занят выполнением какой-либо задачи, связанной с внешним миром, а, напротив, бездействует, отдыхает, грезит наяву или погружён в себя.
Оригинал аннотации
Оригинал статьи с таблицами, рисунками и списком литературы: 1 и 2
Вступление
Чай был популярным напитком с древности, а записи о его потреблении в Китае относятся к династии Шэнь Нун (приблизительно 2700 г. до н. э.). Чай потребляется различными способами, причем заваренный чай и продукты с чайным ингредиентом в составе чрезвычайно распространены в Азии, особенно в Китае и Японии. Сейчас это стало модно более чем когда-либо и в западных странах.
Растущее количество литературы продемонстрировало, что потребление чая полезно для здоровья человека, включая улучшение настроения (антистрессовое действие), снижение риска когнитивных нарушений, профилактику сердечно-сосудистых заболеваний, снижение заболеваемости раком, снижение смертности. Эти особенности чая обусловлены в первую очередь действием его компонентов: катехинов, L-теанина и кофеина.
Как на животных, так и на людях было обнаружено, что катехины благотворно влияют на когнитивное здоровье, улучшая память распознавания и производительность рабочей памяти по сравнению с приемом плацебо.
Было обнаружено, что L-теанин играет положительную роль в борьбе со стрессом, уменьшая вызванную стрессом частоту сердечных сокращений и уровень секреторного иммуноглобулина А (s-IgA) во время решения напряженной умственной арифметической задачи.
О благотворном влиянии кофеина на когнитивные функции было сообщено по меньшей мере еще два десятилетия назад и подтверждено недавними исследованиями.
Хотя отдельные компоненты чая были связаны с ролью поддержания когнитивных способностей и предотвращения когнитивного ухудшения, исследование с поведенческими и нейрофизиологическими методами показало, что, когда какой-нибудь компонент чая вводился отдельно, эффект был хуже или не было вообще никакого эффекта, и, наоборот, значительный эффект наблюдался только тогда, когда компоненты чая были объединены вместе.
Превосходный эффект комбинации компонентов был также продемонстрирован в сравнительном эксперименте, который предполагал, что вместо экстрактов чая следует использовать именно цельный чай. Обзор влияния чая на профилактику болезни Альцгеймера (БА) показал, что нейропротекторная роль цельного чая была очевидна в восьми из девяти исследований.
Стоит отметить, что большинство исследований до сих пор оценивали эффекты чая с точки зрения нейрокогнитивных и нейропсихологических признаков, причем прямое измерение структуры или функции мозга было мало представлено в дошедшей до нас литературе. В двойном слепом, плацебо-контролируемом, перекрестном исследовании с измерением спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона, мозговой кровоток в лобной коре был уменьшен пероральным приемом чая. Изменение региональной мозговой активности также наблюдалось с помощью ЭЭГ в исследовании, показавшем, что более высокие тета-, альфа- и бета-колебания во фронтальной и медиальной лобных извилинах были связаны с потреблением чая. Эти исследования, сфокусированные на региональных изменениях мозга, не выявили влияния чая на межрегиональные взаимодействия на уровне всего мозга.
Теоретико-графический анализ является подходящим и эффективным инструментом для получения информации о межрегиональных взаимодействиях мозга и широко используется в различных исследованиях с участием как больных, так и здоровых людей. На сегодняшний день опубликованы только две работы, которые исследовали связь между функциональными связями мозга и соединениями чая только в нескольких областях, связанных с задачами, выбранными априори, оставляя неисследованными крупномасштабные сети мозга.
В настоящем исследовании мы всесторонне исследовали связь мозга с глобальными и региональными показателями, полученными из структурной и функциональной визуализации, чтобы выявить предполагаемые различия между группой пьющих чай и группой не пьющих чай. Кроме того, мы сосредоточились на межрегиональных связях в рамках сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ), поскольку предыдущие исследования показали, что она в основном участвует в когнитивных заболеваниях (болезни Альцгеймера) и нормальном старении. Более того, согласно нашим предыдущим исследованиям асимметрии полушарий, левая асимметрия в структурных связях связана со старением мозга. Таким образом, полушарные асимметрии в их связи также были включены в исследование для проверки влияния чаепития.
Мы предположили, что: (1) привычка пить чай (привычное чаепитие) оказывает положительное влияние на организацию мозга и приводит к большей эффективности в функциональных и структурных связях; (2) потребление чая приводит к меньшей левой асимметрии в структурных связях; (3) чаепитие связано с изменениями соединительной силы функциональных и структурных связей в СПРРМ.
Результаты
Демографическая информация, нейропсихологические и когнитивные показатели
Демографическая информация приведена в Таблице 1 (таблицы и рисунки смотри в оригинале статьи на английском). Не было выявлено достоверной разницы между группами чаепития и не чаепития по возрасту (t34=0,92, p>0,05) и образованию (t34=0,95, p>0,05) с использованием парного двухвыборочного t-критерия. Критерий хи-квадрат не выявил достоверных различий между группами в соотношении мужчин и женщин (χ2(1)=1,85, Р>0,05), а также в соотношении левшей и правшей (χ2(1)=0,73, Р>0,05). Потребление кофе достоверно не отличалось между группами (t34=-0,48, p>0,05). При сравнении нейропсихологических и когнитивных показателей один из 12 показателей достоверно отличался между группами пьющих чай и не пьющих чай согласно тесту перестановки (см. Рис.1). Более высокие показатели наблюдались в группе чаепития в тесте блочной конструкции (скорректированный р=0,042).
График теоретического анализа
Не было обнаружено существенных различий между группой, пьющей чай, и группой, не пьющей чай, в измерениях глобальной функциональной сети Cw, Lw, Eloc и Eglob (p>0,05) (см. Рисунок 2). В структурной сети в группе, употребляющей чай, наблюдали значительно более низкий Lw (скорректированный p=0,044) и значительно более высокий Eglob (скорректированный p = 0,044), хотя значимых различий с Cw и Eloc не было обнаружено (p>0,05). Аналогично, мы не наблюдали каких-либо существенных различий в региональных показателях между группами в функциональной сети, но мы обнаружили 6 областей, которые значительно различались в структурной сети (не скорректированный p<0,01): правая верхняя лобная извилина (дорсальная) [SFGdor. R], правая средняя лобная извилина [MFG.R], левая обонятельная [OLF.L], левая прямая извилина [REC.L], левая передняя поясная извилина и околопоясная извилина [ACG.L] и левая язычная извилина [LING.L], которые в основном находятся в лобной коре (см. рис. 3).
Межполушарная асимметрия
Сравнение полушарных асимметрий глобальных теоретических метрик между группой пьющих чай и группой не пьющих чай проиллюстрировано на Рис.4. Межполушарные асимметрии в Cw и Eloc были достоверно различны между группами в структурной сети (обе, скорректированный Р=0,018), демонстрируя большую асимметрию между полушариями в группе не пьющих чай. Как Lw, так и Eglob в структурной сети и все метрики в функциональной сети не были значимыми с точки зрения асимметрии.
Сеть пассивного режима работы мозга
Исследование сильных сторон связей в сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ) выявило последовательно повышенную силу функциональных связей и сосуществование увеличенных и уменьшенных сил структурных связей в группе, пьющей чай, по сравнению с группой, не пьющей чай (см. Рис.5). В частности, одиннадцать функциональных соединений, в которой преимущественно принимали участие PCG, PHG, ANG (см. рис.5А), продемонстрировали значительное повышение прочности в группе чаепития. Не было обнаружено функциональной связи с силой, которая была значительно снижена в группе пьющих чай по сравнению с группой не пьющих чай. В отличие от функциональных связей, прочности в структурных связях показали характер как увеличения, так и уменьшения (см. рис.5Б). Число конструктивных соединений со значительно увеличенной прочностью было сопоставимо с числом конструктивных соединений со значительно уменьшенной прочностью.
Обсуждение
В эт��м исследовании мы всесторонне изучили как функциональные, так и структурные сети с точки зрения глобальных и региональных свойств влияния привычного чаепития на мозг человека. Наблюдения в этом исследовании частично подтверждают гипотезу о том, что чаепитие оказывает положительное влияние на организацию мозга и повышает эффективность функциональных и структурных связей из-за повышенной эффективности глобальной сети, обнаруженной в структуре
мозга пьющих чай, но не оказывает существенного улучшения в функциональном подключении. Как и предполагалось, употребление чая приводит к меньшей асимметрии в левой части структурной связи между полушариями. Кроме того, мы обнаружили, что функциональная связь внутри СПРРМ была выше для группы, пьющей чай. Сосуществование увеличения и уменьшения прочности соединения в структурной СПРРМ было обнародовано. Эти результаты согласуются с гипотезой о том, что существует связь между употреблением чая и изменениями силы соединения.
Большое количество исследований с помощью различных методов анализа данных, таких как основанная на соединении связь, предопределенные межобластные соединения и трактографическая связь, показали, что уменьшение межрегиональной связности связано со старением мозга. Это подразумевает, что более медленное старение мозга должно сохранять больше связей между регионами и иметь более слабые нарушения в соединениях, что приводит к повышению эффективности связи и обмена информацией между регионами.
Здесь более высокая эффективность структурной сети была обнаружена у пожилых людей, которые «обычно пили чай». Относительно группы, не пьющей чай, группа, пьющая чай, имела меньшее топологическое расстояние между областями мозга и более эффективную межрегиональную связь. Это подтверждает гипотезу о том, что положительные эффекты привычного чаепития оказывают влияние на организацию мозга, предотвращая нарушение межрегиональных связей. В дополнение к значительному эффекту употребления чая на организацию всего мозга, в этом исследовании также наблюдался региональный эффект, показывающий, что потребление чая приводит к более высокой узловой эффективности. Большинство из этих областей находятся в лобной коре, что согласуется с предыдущими данными о том, что лобная область участвует в возрастных изменениях структурных связей.
В отличие от структурных связей, функциональные связи не демонстрирует существенных различий как в теоретических метриках глобального графа (характерная длина пути и эффективность), так и в региональных метриках. Привычное чаепитие не приводило к заметным изменениям в функциональных связях мозга по сравнению с не-чаепитием. Если различия в функциональных связях мозга существуют, то они могут быть замаскированы с помощью хорошо известного компенсационного механизма. Потеря структурных связей может быть компенсирована большей функциональной активностью, чтобы сохранить эквивалентную функцию, соответствующую неповрежденной структурной связности. Другое возможное объяснение состоит в том, что отклонения в функциональных связях слишком тонки, чтобы проявляться в показателях эффективности связей. Эти два возможных объяснения совместимы; то есть, небольшое изменение было остаточным после компенсации, противодействующей вредным изменениям. Тем не менее, эффект компенсации конечен и не всегда может полностью компенсировать снижение когнитивных функций. Это было подтверждено результатами нейропсихологических методов исследования. Более высокое зрительно-пространственное функционирование, основанное на тесте Block Design, наблюдалось у взрослых людей, пьющих чай, по сравнению с взрослыми людьми без чаепития, в то время как в других показателях не было обнаружено существенных различий. Наши наблюдения показывают, что потребление чая может обеспечить полезный эффект облегчения выполнения когнитивных задач, который не может быть получен из механизмов компенсации.
При сравнении асимметрии полушария между группой, пьющей чай, и группой, не пьющей чай, подавление асимметрии полушария в структурных связях было связано с чаепитием, и было более симметричным в структурных связях. В частности, группа, не пьющая чай, демонстрировала значительную левую асимметрию в коэффициенте кластеризации и локальной эффективности, и, таким образом, разделение сетей связи было различно между полушариями мозга. Эта полушарная асимметрия в структурных связях была связана со старением мозга. Более того, левосторонняя асимметрия в структурных связях была обнаружена у здоровых пожилых людей. В совокупности предыдущие исследования предложили U-образную траекторию развития в полусферической асимметрии от левой асимметрии до правой асимметрии и левой асимметрии снова на протяжении всей жизни от детства до среднего и старшего возраста.
Таким образом, подавление левой асимметрии в структурных связях предполагает, что потребление чая может замедлить возрастные изменения в сторону левой асимметрии и сохранить схему, более сходную с таковой среднего возраста (то есть, асимметрией справа).
Кроме того, мы обнаружили шесть значительно отличающихся областей между группами, которые показали большую эффективность в группе, пьющей чай. Эти регионы включали MFG, SFGdor и ACG, которые также были связаны с возрастом в предыдущем исследовании.
Это говорит о том, что чай играет полезную роль в сохранении эффективности взаимодействий между областями мозга. Дифференциация асимметрии полушарий между группой, пьющей чай, и группой, не пьющей чай, может лежать в основе значительных различий между группами в визуально-пространственном функционировании и обработке информации, поскольку правое полушарие более специализировано для визуально-пространственной обработки. Подобно результатам функциональных связей головного мозга, глобальные показатели асимметрии полушария не были существенно затронуты употреблением чая. Это наблюдение соответствовало предыдущему выводу о меньших общих изменениях функциональных связей по сравнению со структурными связями. Эти результаты вместе позволяют предположить, что структурные глобальные метрики более чувствительны к незначительным изменениям в мозге по сравнению с функциональными глобальными метриками с точки зрения общей связности в масштабе сети. И это может не быть так для отдельных соединений.
Функциональная связь сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ) была тщательно исследована, поскольку она связана с нейродегенеративными заболеваниями мозга. Общим выводом является то, что подавленная активность и снижение функциональной связности в СПРРМ во время отдыха связано с когнитивным снижением. Снижение функциональных связей, обусловленное когнитивным снижением, может быть затруднено или смягчено при приеме чая в соответствии с наблюдением более сильных функциональных связях в группе, пьющей чай. Как известно, области в СПРРМ постоянно оказываются активными и взаимосвязанными в состоянии покоя и участвуют в подготовке к выполнению задачи. Более сильная функциональная связь между областями СПРРМ связана с лучшей готовностью к выполнению задачи. Следовательно, более сильная функциональная связь в СПРРМ, наблюдаемая в группе, пьющей чай, может отражать вклад потребления чая в эффективность организации сети. В отличие от функционального соединения, эффекты в структурном соединении в СПРРМ имели разные направления, с увеличением силы соединения в некоторых соединениях, но уменьшением силы для других. Мы предполагаем, что сосуществование расширенных и ослабленных структурных связей может быть связано с новыми, альтернативными путями, созданными для замены нарушенных существующих маршрутов.
До нашего исследования только два исследования пытались обнаружить связь между потреблением чая и функциональными связями. Шмидт и его коллеги обнаружили значительное увеличение силы функциональной связи между правой верхней теменной долей (SPL) и правой средней лобной извилиной (MFG) из-за потребления чая. Увеличение силы функциональных связей также наблюдалось в сравнительном исследовании. Наше исследование подтвердило предыдущее представление о том, что потребление чая усиливает сильные стороны определенных функциональных связей и дает дополнительное понимание того, что потребление чая не приводит к значительному изменению общей функциональной связности. В отличие от этих двух исследований, в которых основное внимание уделялось нескольким областям мозга, связанным с задачами для функциональных связей, наше исследование исследовало как глобальную, так и региональную функциональную связь и дополнительно выяснило связь между структурной связью и употреблением чая. Кроме того, в этих исследованиях использовался краткосрочный план чайного вмешательства, в то время как текущее исследование проводило межсессионное исследование в дополнение к их исследованиям.
Хотя наше исследование было всеобъемлющим, а полученные результаты были интересными, следует отметить следующие ограничения и соображения. Количество участников нашего исследования было почти вдвое больше числа занятых ранее. Тем не менее, размер выборки все еще был ограничен. Отчасти это было связано с жесткими критериями включения, чтобы повысить достоверность результатов, которые гарантировали, что участники в группе чаепития имели привычку часто пить чай, в то время как другие участники пили чай редко или никогда не пили чай любого вида. В нашем случае мы первоначально набрали 93 участника, но только 15 участников остались в группе, пьющей чай, и 21 участник - в группе, не пьющей чай.
Другие вещества могут повлиять на на связь чаепития с воздействием на мозг. Кофе является одним из напитков, влияющих на результат, поскольку он содержит кофеин, который также является одним из основных активных компонентов чая. Однако потребление кофе между группой, употребляющей чай, и группой, не пьющей чай, не отличалось значительно между группами. Хотя не было никаких существенных различий в демографических факторах, факторы окружающей среды могут оказывать неблагоприятное влияние на свойства сетей головного мозга. Для исследовательской цели значения р не корректировались при сравнении региональных свойств групп, пьющих чай и не пьющих чай. Таким образом, некоторые из обнаруженных областей или соединений могли возникнуть случайно.
Результаты региональных групп предоставляют эвристическую информацию для дальнейших исследований.
Таким образом, наше исследование всесторонне исследовало влияние чаепития на соединяемость мозга как на глобальном, так и на региональном уровнях с использованием данных мультимодальной (т. е. функциональной и структурной) визуализации и предоставило первое убедительное доказательство того, что чаепитие положительно влияет на формирование структуры мозга, делает организацию сети более эффективной.
Наше исследование показывает, что употребление чая эффективно предотвращает (замедляет) или улучшает когнитивное снижение, и что чаепитие может быть простым выбором образа жизни, который приносит пользу здоровью мозга.
Материалы и методы
Участники
Взрослые участники были завербованы в Сингапуре путем посещений от двери к двери. Обученные медсестры и психологи оценивали участников, чтобы исключить тех, у кого было одно или несколько состояний, включая деменцию (глобальный балл по шкале деменции (CDR)>0), неизлечимое заболевание, инсульт, афазия, выраженное нарушение слуха или любые психиатрические или психологические проблемы. Участникам был предложен набор нейропсихологических и когнитивных исследований, включающий в себя тест словесного речевого обучения Рей (RAVLT), тестирование разметки и блочной конструкции из шкалы интеллекта Векслера для взрослых (WAIS-III), тест модальностей разрядов символов (SDMT), тест именования Бостона, тесты цветовых испытаний 1 и 2 (CTT1 и CTT2), сингапурский модифицированный экзамен по мини-психическому состоянию (MMSE) и Монреальская когнитивная оценка (MoCA). В этой первой волне набора в общей сложности 93 участника приняли участие в тестировании и были впоследствии завербованы в отдельное рандомизированное контролируемое исследование вмешательства в Сингапуре.
Принятые участники исследования были разделены на две группы в соответствии с общей оценкой частоты употребления чая, в результате чего группы или «пили чай» или «не пили чай». Частоты употребления зеленого чая, чая улун, черного чая и кофе были собраны в категориальной шкале от 1 до 6 (см. Таблицу 2). Участники должны были вспомнить свои привычки питья чая, заполнив анкету с частотой употребления чая в возрасте около 45 лет и в настоящее время. Шкалы частот трех видов чая сначала суммировались отдельно для возраста около 45 лет и в настоящее время, а затем усреднялись по возрастам для получения сводной оценки. Если участник имел суммарный балл больше или равный 8, он/она был назначен в группу чаепития. Например, составная шкала из 8 означает, что либо два вида чая пили одновременно по меньшей мере 1-3 раза в неделю, либо один вид чая пили в среднем 4-6 раз в неделю или больше. Участники с суммарным баллом 3 (то есть редко или никогда не пившие какого-либо вида чая) были отнесены к группе, не пьющей чай. Результатом этого скрининга являются 15 участников в группе, пьющей чай, и 21 участник в группе, не пьющей чай. Демографическая информация приведена в таблице 1.
Сбор данных МРТ
Данные МРТ были получены с помощью 32-канальной головной катушки на сканере 3T Prisma Siemens (Siemens, Эрланген, Германия), расположенном в Центре клинических исследований изображений (CIRC) Национального университета Сингапура. T1-взвешенные изображения были получены с использованием трехмерной последовательности быстрого градиента-эхо, подготовленной намагничиванием, с параметрами: время повторения [TR] = 2300 мс, время эха [TE] = 2,03 мс; поле зрения [FOV] = 256×256 мм2; толщина среза = 1 мм, 176 срезов, угол переворачивания = 9°; матрица сбора = 256×256; разрешение в плоскости = 1×1 мм2, которое использовалось для совместной регистрации, нормализации и кортикальной парцелляции во время предварительной обработки данных.
Диффузионно-закодированные изображения были получены с использованием одноэлементной эхопланарной последовательности с 63 срезами толщиной 2 мм без зазора, TR = 8500 мс, TE = 96 мс, FOV = 192×192 мм2, матрица получения = 96×96; разрешение в плоскости = 2×2 мм2, значение b = [350 650 1000 1300 1600] с/мм2; 1 базовое изображение с b0 = 0 с/мм2. Каждое высокое значение b было получено из 12 отдельных непараллельных направлений диффузии.
Было получено двести десять (210) МРТ-изображений, в то время как участники отдыхали с закрытыми глазами, используя следующие параметры эхопланарной последовательности импульсов: TR = 2550 мс, TE = 30 мс, FOV = 192×192 мм2, 42 среза, толщина среза = 3 мм, угол переворачивания
=78 °, матрица захвата = 64×64, разрешение в плоскости = 3×3 мм2. Эти данные были собраны за один сеанс сканирования. Во время сканирования затычки для ушей использовались для уменьшения влияния шума сканера на участников, а пенные прокладки - для минимизации движения головы.
Обработка данных
Функциональная МРТ была предварительно обработана путем первоначального исключения первых десяти томов с последующей коррекцией времени среза, коррекцией движения головы, локальной паренхимы, регрессией сигнала (включая регрессоры 24 параметров движения головы и временных рядов в спинномозговой жидкости и белом веществе) пространственная нормализация к пространству Монреальского неврологического института (MNI) с использованием взвешенного по T1 изображения, пространственное сглаживание с полумаксимальным ядром Гаусса с шириной 4,5 мм и временная полосовая фильтрация (0,01 Гц ~ 0,1 Гц) для смягчения эффекты низкочастотного дрейфа и высокочастотного физиологического шума. Чтобы устранить помехи от движений большой головы, участники были исключены, если максимальное движение между сканированиями превышало 2 мм перемещения или 2 градуса вращения в любом направлении или среднее покадровое смещение (FD) превышало 1 мм в остаточном эффекте движения головы в соответствии с среднеквадратичным значением FD. По этим критериям ни один участник не был исключен. Предварительная обработка выполнялась с использованием статистического параметрического сопоставления (SPM12 http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/), набора инструментов анализа данных в состоянии покоя fMRI (REST) и помощника по обработке данных. для состояния МРТ в состоянии покоя (DPARSF).
Диффузионно-взвешенные изображения были выровнены и скорректированы с учетом движения головы и вихретоковых искажений. Тензор диффузии был установлен для каждого вокселя в паренхиме головного мозга. Широко используемый детерминистический алгоритм отслеживания линии тока затем использовался для идентификации трактов белого вещества, причем отслеживание начиналось с глубоких областей белого вещества и заканчивалось в вокселе либо из-за угла поворота> 45º, либо из-за дробной анизотропии <0,15. Предварительная обработка диффузионно-взвешенных изображений была выполнена с использованием библиотеки программного обеспечения функциональной магнитно-резонансной томографии головного мозга (FMRIB) в версии 5.0 (FSL), набора инструментов для диффузии и PANDA.
Ранее проверенный шаблон автоматической анатомической маркировки (AAL) использовался для разделения головного мозга на 90 областей интереса (ROI). Мы применили одну и ту же парцелляцию как к функциональным, так и к диффузионным данным, чтобы обеспечить прямое сравнение. Функциональная сила связи между парой ROI была получена путем вычисления коэффициента корреляции Пирсона между временными рядами, полученными путем усреднения временных рядов каждого вокселя в каждой из 90 областей интереса (ROI). Сила структурной связности между парами областей интереса была рассчитана как число линий тока, нормализованных по объемам двух областей интереса, для устранения смещения из-за разных размеров. Сила связи всех возможных пар ROI были собраны для построения сети связи, в результате чего для каждого участника была создана одна сеть функциональной связи и одна сеть структурной связи.
Анализ данных
Теоретический анализ графиков является мощным и количественным методом оценки свойств сетей связи и широко используется в исследованиях визуализации мозга. В этом исследовании мы исследовали как глобальные, так и региональные свойства функциональных и структурных сетей связи. Свойства локальной кластеризации и интеграции сетей связи были определены метриками взвешенного коэффициента кластеризации (Cw) и характеристической длины пути (Lw). Локальная эффективность (Eloc) и глобальная эффективность (Eglob) были использованы для характеристики эффективности сети связи, отражающей эффективность организации мозга. Региональная собственность была оценена с узловой эффективностью, оценивая способность передачи информации ROI.
Чтобы удалить ложные соединения из функциональных сетей, был применен порог разреженности, чтобы сохранить соединения только с прочностью соединения выше порога. Поскольку нет точного метода для определения порога разреженности, мы рассчитали каждую метрику сети для всей сети (размер: 90 × 90) для ряда порогов в диапазоне от 0,1 до 0,4 с шагом приращения 0,01, а затем взяли интеграл сверх этих значений, чтобы получить окончательное количество, которое было проверено на различия между группами.
При исследовании асимметрии полушария межполушарные связи были исключены, а внутриполушарные соединения были разделены на две подсети связности (размер: 45×45), соответствующие левому и правому полушариям. Метрики были отдельно рассчитаны для двух подсетей, X (L) и X®, для левого и правого полушарий соответственно, и полусферная асимметрия метрики была получена с помощью: [X (L)-X®] / [X (L)+X®], а затем сравнивается между группами. Положительное значение в асимметрии полушария указывает на асимметрию левого полушария, а отрицательное значение указывает на асимметрию правого полушария.
Мы выбрали области на основе атласа AAL, которые принадлежат сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ), определенной предыдущей работой: SFGdor.L, SFGdor.R, SFGmed.L, SFGmed.R, ACG.L, ACG.R, PCG.L , PCG.R, PHG.L, PHG.R, ANG.L, ANG.R, MTG.R и ITG.L. Полные названия регионов можно найти в дополнительной таблице 1. Сила связи между этими выбранными регионами сравнивалась между группами, пьющими чай и не пьющими чай.
Все статистические оценки в этом исследовании были выполнены непараметрическими тестами перестановки, если не указано иное. В частности, нулевая гипотеза состояла в том, что не было никакой разницы в переменной между группой, пьющей чай, и группой, не пьющей чай. Значения P были получены из нулевых распределений, оцененных по 10000 перестановок групповых меток. Порог значимости был установлен p <0,05 после коррекции ложного обнаружения (FDR) (принята процедура Бенджамини и Хохберга) для сравнения глобальных свойств и нейропсихологических показателей. Значения P не были скорректированы при сравнении региональных свойств для исследовательских целей.
Подтверждения
Эта работа была поддержана грантами:
Национального фонда естественных наук Китая (грант № 61806149), предоставленными JL;
Национального совета по медицинским исследованиям Сингапура (грант № NMRC/TA/0053/2016) и
Национальной инновационной программой по активному и уверенному старению, Министерство здравоохранения Сингапура (грант № MOH/NIC/COG06/2017), присужденный LF;
RRG был поддержан Гарантами Мозга*.
* The Guarantors of Brain - это благотворительная организация, целью которой является содействие преподаванию, образованию и исследованиям в области неврологии и смежных клинических и академических дисциплин.
Конфликт интересов
Мы заявляем, что спонсоры не принимали участия в разработке исследования, реализации и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи. Протокол был рассмотрен и одобрен Институциональным контрольным советом Национального университета Сингапура. Письменное информированное согласие на участие в исследовании было предоставлено участниками после того, как им была предоставлена подробная информация об исследовании. Все авторы не имеют конфликта интересов.
Информация о авторах:
1. Лаборатория бионического интеллекта мозга и вычислительной нейробиологии, университет Уи, Цзянмэнь, Китай.
2. Центр биологических наук, Национальный университет Сингапура, Сингапур.
3. Школа компьютерных наук и электронной инженерии, Эссекский университет, Колчестер, Великобритания.
4. Группа картирования мозга, кафедра психиатрии, Кембриджский университет, Herchel Smith for Brain and Mind Sciences, Кембридж, Великобритания.
5. Кафедра психологической медицины, Yong Loo Lin School of Medicine, Национальный университет Сингапура, Сингапур.