年龄相关性听力损失中的结构连接减弱与感觉剥夺理论一致

《GeroScience》：Reduced structural connectivity in age-related hearing loss aligns with the sensory deprivation theory

　　

年龄相关性听力损失（ARHL）可能通过结构性退化和脑重组促进认知衰退，正如感觉剥夺理论所提出的那样。这些过程可以通过拓扑变化来表征，例如脑区之间结构连接的增强和减弱。较强的连接更可能与重组相关，因为重组被认为通过招募额外脑网络作为代偿机制来支持言语处理。研究人员调查了与ARHL相关的连接变化，以提高对感觉剥夺理论的理解。类似于言语处理的偏侧化，研究人员假设与ARHL相关的结构重组在左半球最为明显。研究人员利用来自鹿特丹研究（Rotterdam Study）基于人群的2402名参与者（中位年龄=66.1岁，女性=54.7%）的1.5特斯拉弥散加权MRI和结构T1图像评估了全脑结构连接。进行了纯音测听，并确定了较好听力耳在不同频率范围（包括PTAlow（250–1000 Hz）和PTAall（250–8000 Hz））的纯音平均值（PTA），以反映ARHL。ARHL主要与涉及额叶和皮层下灰质区域的较弱连接相关。与假设相反，未观察到连接改变中的偏侧化。PTAlow和PTAall产生了最强的关联，这很可能由低频听力阈值驱动。调整心血管风险因素后关联减弱，尤其是对于PTAlow。总之，这些发现与感觉剥夺神经效应预期的代偿性结构重组假说相矛盾。虽然观察到的较弱连接与感觉剥夺理论一致，但结果也表明心血管健康是一个共同的风险因素。

一、研究背景与研究目的

年龄相关性听力损失（ARHL）被认为是认知衰退和痴呆的主要可调控风险因素之一。感觉剥夺理论提出，由听力损失引起的长期感觉剥夺可能导致大脑结构的持久物理变化，进而引发脑重组并加速认知功能下降。这种重组被认为会通过增强或减弱脑区间结构连接来体现，其中较强连接可能代表一种代偿机制，即通过招募注意力或视觉等额外脑网络来支持言语加工。然而，目前仅有少数研究探讨ARHL与结构连接的关系，且样本量有限，涉及的脑区也不一致。因此，研究人员利用鹿特丹研究（Rotterdam Study）这一大规模人群队列，旨在通过评估ARHL与全脑结构连接变异之间的关系，扩展对感觉剥夺所致脑重组的理解。研究人员假设ARHL同时与较弱的退化性连接和较强的代偿性连接相关，并且由于语言功能的偏侧化，这种效应在左半球最为显著。

二、研究方法概述

本研究纳入2402名参与者，来源于荷兰鹿特丹的Ommoord地区的RS-I、RS-II和RS-III三个子队列，所有参与者在2012至2016年间接受了脑部MRI扫描和纯音测听。MRI采集采用单台1.5特斯拉MRI扫描仪，包括三维T1加权成像、T2加权FLAIR序列、质子密度加权成像和单次激发弥散加权成像（DWI）。结构连接组通过纤维取向分布（FOD）确定性追踪构建，基于Neuromorphometrics脑图谱划分117个感兴趣区（ROI），并以密度加权的边权重量化连接强度。听力评估采用纯音测听，计算较好听力耳的多个纯音平均值（PTA），包括PTA_mid（500–4000 Hz）、PTA_low（250–1000 Hz）、PTA_high（2000–4000 Hz）和PTA_all（250–8000 Hz）。统计方法采用基于网络的统计（NBS）进行个体连接分析，线性回归用于全局网络指标分析，并对年龄、颅内容积（ICV）和性别（模型1）以及心血管风险因素（模型2）进行校正。

三、研究结果

1. ARHL主要与较弱的结构连接相关

研究人员发现，在模型1中，ARHL主要与较弱的结构连接相关，尤其是在较为严格的显著性阈值下（p<0.001），这些较弱连接主要集中在额叶和皮层下灰质区域。虽然也存在少量较强连接，但蓝色表示的减弱连接在图中占据主导地位，表明整体趋势为连接强度下降。进一步分析显示，涉及的额叶区域主要位于前额叶皮层，而皮层下区域包括壳核（putamen）和内嗅皮层（entorhinal cortex）。

2. 未观察到半球偏侧化

与研究人员关于左半球效应更显著的假设相反，在所有显著性水平下，左右半球均出现广泛的结构连接改变，未显示出明确的左侧偏侧化趋势。

3. PTA_low和PTA_all关联最强

在所有PTA指标中，PTA_low和PTA_all与结构连接变异的关联最为显著。PTA_low还显示出两个右侧半球的较强连接，涉及距状皮层（calcarine cortex）与额叶区域，但在校正心血管风险因素后消失。这表明低频听力阈值的加入可能是驱动强关联的关键因素。

4. 心血管风险因素校正后关联减弱

在模型2中，增加对吸烟状况、收缩压、饮酒、降压药使用和糖尿病状态等心血管风险因素的校正后，显著关联的数量和强度均大幅减少，尤其对PTA_low的影响最为明显。排除平坦型听力图参与者的敏感性分析未显著改变结果。

5. 全局网络指标无显著关联

尽管个体连接强度存在显著变化，但全局网络指标（总权重、全局效率和网络模块性）与各PTA之间的关联普遍较弱，线性回归结果显示大多数关联不显著，提示ARHL相关的结构连接改变更多是局部性的而非全脑性的。

四、讨论与结论

讨论部分指出，研究结果与感觉剥夺理论中关于代偿性结构重组的假设相悖，因为并未观察到预期中显著的代偿性连接增强，特别是在左半球。然而，ARHL与广泛分布的较弱结构连接相一致，反映了感觉剥夺导致的神经退行性效应，这与感觉剥夺理论的核心观点一致。这些减弱连接主要涉及前额叶皮层、壳核和内嗅皮层等认知相关脑区，提示ARHL可能通过破坏认知网络而非单纯听觉网络来影响认知功能。此外，低频听力损失与结构连接变异的最强关联可能有两种解释：一是低频损失可作为晚期感觉性ARHL的标志，二是代谢性或血管性ARHL同时影响低高频听力，且与心血管风险因素共享病理通路。后者得到校正心血管风险因素后关联显著减弱的支持，提示心血管健康可能是ARHL与结构连接减弱之间的共同风险因素。

研究结论：这项大规模人群研究发现，ARHL与双侧较弱的结构连接相关，这种连接减弱超出了听觉系统范围，但未在全脑网络层面产生显著影响。虽然结构连接的丧失支持感觉剥夺理论的退行性方面，但结果否定了其关于代偿性结构重组的假说。观察到的连接减弱主要涉及额叶和皮层下区域，提示ARHL可能通过破坏认知网络促进认知衰退。此外，校正心血管风险因素后关联显著减弱，也提示了一种“共同原因”机制，即血管病理同时导致代谢性ARHL和结构连接减弱。