The Effect of Prenatal Development on Aging of the Human Brain and Cognition
Description
Full text not available
Abstract
Tidligere studier har vist en økt risiko for aldersrelatert kognitiv dysfunksjon (dvs. kognitiv svekkelse og demens) sent i livet dersom man veier mindre enn 2,5 kg ved fødselen. Den nøyaktige mekanismen bak slike langsiktige effekter av fødselsvekt på kognisjon er uklar.
I denne studien undersøkte vi mekanismene bak de langsiktige effektene av fødselsvekt på kognisjon sent i livet. Totalt 97 friske eldre voksne (49 kvinner og 48 menn) fra Generasjon 100-kohorten, med en gjennomsnittlig alder ved baseline på 72,4 år (SD = 1,9 år) og en selvrapportert fødselsvekt som varierte mellom 2000-4900 gram (M = 3449,2 g, SD = 546,3 g), ble fulgt opp i opptil ni år (fra 2012 til 2021) med vurderinger av biomarkører for kardiometabolsk sykdom, hjernemagnetisk resonansavbildning (MRI) og nevropsykologisk testing. Strukturelle MR-bilder av grå substans ble oppnådd med en 3D T1-vektet magnetisering-forberedt rask gradient-ekkosekvens (MPRAGE) ved 3 Tesla, og langsgående estimater av kortikalt overflateareal og tykkelse, hippocampus og subkortikale volumer ble innhentet med FreeSurfers langsgående prosesseringsskjema. Kognitiv funksjon ble vurdert ved hjelp av det nettbaserte nevropsykologiske testbatteriet, Memoro, og inkluderte tester av verbal hukommelse, romlig hukommelse, mønsterseparasjon, arbeidsminne, eksekutiv funksjon og prosesseringshastighet. Vi undersøkte mekanismene bak de langsiktige effektene av fødselsvekt på kognisjon sent i livet ved å bygge på en lineær blandet modell (LMM) med en fast grunnstruktur.
Våre langsgående analyser fant ingen signifikante hovedeffekter av fødselsvekt på hjernestruktur. Vi observerte imidlertid signifikante interaksjoner mellom høy fødselsvekt (≥ 4,2 kg) og tid på hjernestruktur. Da interaksjonseffektene ble sammenlignet med hovedeffektene av tid, fant vi bevis på akselerert hjerneatrofi både ved lav (≤ 2,7 kg) og høy fødselsvekt (≥ 4,2 kg). Videre, ved å legge til biomarkører for kardiometabolsk sykdom til den statistiske modellen, pekte vi på diabetes som den viktigste driveren av akselerert hjerneatrofi. Effekten av fødselsvekt på hjernestrukturendring var ikke parallell med endringer i kognitiv funksjon, og fødselsvekt påvirket ikke signifikant kognitiv funksjon eller dens utvikling sent i livet.
Våre resultater gir nye kausale bidrag som knytter fødselsvekt til konseptet hjernevedlikehold og peker på hjernereserve som en mulig nøkkelmekanisme bak kognitiv dysfunksjon sent i livet. Våre resultater er dermed i tråd med en terskelmodell for hjernereserve, som postulerer at en åpenbar nedgang i kognisjon kun vil uttrykkes etter at et individs hjernereservekapasitet faller under en kritisk terskel. Prior work has shown a heightened risk of age-related cognitive dysfunction (i.e., cognitive impairment and dementia) late in life if one weighs less than 2.5 kg at birth. The exact mechanism underlying such long-term effects of birth weight on cognition is unclear.
In the present work, we investigated the mechanisms underlying the long-term effects of birth weight on cognition late in life. In total, 97 healthy older adults (49 women and 48 men) from the Generation 100 cohort, with a mean baseline age of 72.4 years (SD = 1.9 years) and a self-reported birth weight ranging between 2000-4900 grams (M = 3449.2 g, SD = 546.3 g) were followed for up to nine years (from 2012 to 2021) with assessments for biomarkers of cardiometabolic disease, brain magnetic resonance imaging (MRI) and neuropsychological testing. Structural MRIs of gray matter were obtained by a 3D T1-weighted magnetization-prepared rapid gradient echo (MPRAGE) sequence at 3 Tesla, and longitudinal estimates of cortical surface area and thickness, hippocampal and subcortical volumes were acquired by FreeSurfers longitudinal processing scheme. Cognitive function was assessed using the web-based neuropsychological test battery, Memoro, and included tests of verbal memory, spatial memory, pattern separation, working memory, executive function, and processing speed. We examined the mechanisms underlying the long-term effects of birth weight on cognition late in life by building on a linear mixed model (LMM) with a fixed basic structure.
Our longitudinal analyses revealed no significant main effects of birth weight on brain structure. We did, however, observe significant interactions between high birth weight (≥ 4.2 kg) and time on brain structure. When the interaction effects were compared to the main effects of time, we found evidence of accelerated brain atrophy both in relation to low (≤ 2.7 kg) and high birth weight (≥ 4.2 kg). Furthermore, adding biomarkers of cardiometabolic disease to the LMM pointed to diabetes as the main driver of accelerated brain atrophy. The effect of birth weight on brain structure change was not paralleled by changes in cognitive function, and birth weight did not significantly impact cognitive function or its trajectories late in life.
Our results provide novel causal contributions that link birth weight to the concept of brain maintenance and point to brain reserve as a potential key mechanism underlying cognitive dysfunction late in life. Our results are thus in line with a threshold model of brain reserve, which postulates that an overt decline in cognition will only be expressed after an individual’s brain reserve capacity falls below a critical threshold.