Когнитивный резерв — это устойчивость ума и мозга к повреждению мозга. Устойчивость ума оценивается поведенчески, тогда как невропатологическое повреждение оценивается гистологически, хотя повреждение можно оценить с помощью маркеров на основе крови и методов визуализации. Существуют две модели, которые можно использовать при изучении концепции «резерва»: резерв мозга и когнитивный резерв . Эти термины, хотя и часто используются взаимозаменяемо в литературе, предоставляют полезный способ обсуждения моделей. Используя компьютерную аналогию, резерв мозга можно рассматривать как аппаратное обеспечение, а когнитивный резерв — как программное обеспечение. В настоящее время считается, что все эти факторы вносят вклад в глобальный резерв. Когнитивный резерв обычно используется в литературе для обозначения как мозговых, так и когнитивных резервов.
В 1988 году исследование, опубликованное в Annals of Neurology , в котором сообщалось о результатах посмертных исследований 137 пожилых людей, неожиданно выявило несоответствие между степенью невропатологии болезни Альцгеймера и клиническими проявлениями заболевания: [1] некоторые участники, мозг которых имел обширную патологию болезни Альцгеймера, не имели или имели очень мало клинических проявлений заболевания. Кроме того, исследование показало, что у этих людей был более высокий вес мозга и большее количество нейронов по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста. Исследователи предположили два возможных объяснения этого явления: у этих людей могла быть начальная стадия болезни Альцгеймера, но каким-то образом им удалось избежать потери большого количества нейронов , или, в качестве альтернативы, они начинали с более крупным мозгом и большим количеством нейронов и, таким образом, можно сказать, что у них был больший «резерв». Это первый раз, когда этот термин используется в литературе в этом контексте.
Исследование вызвало интерес к этой области, и чтобы попытаться подтвердить эти первоначальные результаты, были проведены дополнительные исследования. Было обнаружено, что более высокий резерв обеспечивает более высокий порог до появления клинического дефицита. [2] [3] [4] Кроме того, те, у кого более высокая емкость, показали более быстрое снижение после того, как стали клинически нарушенными, что, вероятно, указывает на несостоятельность всех компенсаторных систем и стратегий, задействованных человеком с большим резервом, чтобы справиться с увеличивающимся невропатологическим повреждением. [5]
Резерв мозга можно определить как устойчивость мозга, его способность справляться с растущим повреждением, продолжая при этом функционировать адекватно. Эта пассивная пороговая модель предполагает существование фиксированного порога, который при достижении неизбежно приведет к клиническим проявлениям деменции.
Исследование 1997 года показало, что патология болезни Альцгеймера в большом мозге не обязательно приводит к клинической деменции . [6] Другое исследование показало, что окружность головы независимо связана со снижением риска клинической болезни Альцгеймера. [7]
В то время как некоторые исследования, подобные упомянутым, находят связь, другие — нет. Считается, что это происходит потому, что окружность головы и другие приближения являются косвенными мерами.
Степень потери синапсов больше при раннем начале деменции, чем при позднем начале деменции. [8] Это может указывать на уязвимость к проявлению клинических когнитивных нарушений, хотя могут быть и другие объяснения.
Такие структуры, как мозжечок, способствуют резерву мозга. [9] Мозжечок содержит большинство нейронов в мозге и участвует как в когнитивных, так и в двигательных операциях. [10] Мозжечковая схема является местом множественных форм нейронной пластичности, фактора, играющего важную роль с точки зрения резерва мозга. [11]
Данные исследования близнецов указывают на генетический вклад в когнитивные функции. [12] Оценки наследуемости оказались высокими для общих когнитивных функций, но низкими для самой памяти. [13] С поправкой на эффекты образования 79% исполнительных функций можно объяснить генетическим вкладом. [14] Исследование, объединяющее исследования близнецов и усыновления, показало, что все когнитивные функции наследуются. Скорость обработки имела самую высокую наследуемость в этом конкретном исследовании. [15]
Когнитивный резерв также указывает на устойчивость к нейропатологическим повреждениям, но акцент здесь делается на том, как мозг использует свои поврежденные ресурсы. Его можно определить как способность оптимизировать или максимизировать производительность посредством дифференциального набора мозговых сетей и/или альтернативных когнитивных стратегий . Это модель эффективности, а не пороговая модель, и она подразумевает, что задача обрабатывается с использованием меньших ресурсов или с использованием нейронных ресурсов более эффективно, что приводит к лучшей когнитивной производительности. Исследования используют такие факторы, как образование, род занятий и образ жизни, в качестве косвенных показателей когнитивного резерва, поскольку они, как правило, положительно коррелируют с более высоким когнитивным резервом.
Более высокий уровень образования и когнитивно сложная профессия являются некоторыми из факторов, которые предсказывают более высокие когнитивные способности в пожилом возрасте. [16] Таким образом, два наиболее часто используемых показателя для изучения когнитивного резерва — это образование и профессия. Известно, что образование играет роль в снижении когнитивных способностей при нормальном старении, а также при дегенеративных заболеваниях или травматических повреждениях мозга. [17] Более высокая распространенность деменции у людей с меньшим количеством лет образования предполагает, что образование может защищать от болезни Альцгеймера. [18] Более того, уровень образования оказывает сильное влияние на образ жизни взрослого человека. Уровень образования измеряется количеством лет, которые человек проводит в школе, или, альтернативно, степенью грамотности. [17] Возможно, сам уровень образования предоставляет набор когнитивных инструментов, которые позволяют человеку компенсировать патологические изменения. [18] Опросник индекса когнитивного резерва (CRIq), разработанный для оценки уровня когнитивного резерва с целью обеспечения лучшей диагностики и лечения, учитывает годы обучения и возможные курсы обучения продолжительностью не менее шести месяцев для оценки образовательной нагрузки на когнитивный резерв. [17] Клинически образование отрицательно коррелирует с тяжестью деменции, [19] но положительно коррелирует с атрофией серого вещества, внутричерепным объемом и общим глобальным познанием. [20] [21] Неврологически образование коррелирует с большей функциональной связностью между лобно-теменными областями [22] и большей толщиной коры в левой нижней височной извилине . [23] В дополнение к уровню образования было показано, что двуязычие усиливает внимание и когнитивный контроль как у детей, так и у пожилых людей и отсрочивает начало деменции. Это позволяет мозгу лучше переносить основные патологии и может рассматриваться как защитный фактор, положительно влияющий на когнитивный резерв. [24] Другим косвенным показателем когнитивного резерва является профессия. Исследования показывают, что профессия может обеспечивать дополнительный и независимый источник когнитивного резерва на протяжении всей жизни человека. Обычно принимается во внимание последняя или самая продолжительная работа. Значимость профессии может различаться в зависимости от вовлеченной когнитивной нагрузки. Также можно учитывать некоторые другие распространенные индексы, такие как престиж или зарплата. Рабочая активность, измеряемая CRIq, оценивает профессии зрелого возраста. Существует пять различных уровней рабочей активности, различающихся по степени интеллектуальной вовлеченности и личной ответственности. Рабочая активность регистрировалась как количество лет в каждой профессии на протяжении жизни. [17]Профессия как показатель когнитивного резерва положительно коррелирует с локальной эффективностью и функциональной связностью в правой медиальной височной доле. [23] Более когнитивно стимулирующие профессии слабо связаны с лучшей памятью, но сильнее коррелируют с лучшим исполнительным функционированием. [21] Эти два показателя обычно измеряются вместе и, как правило, сильно коррелируют друг с другом. [21] Генетическое исследование с использованием менделевского рандомизационного анализа показало, что высокие уровни занятости были связаны со снижением риска болезни Альцгеймера. Кроме того, это исследование подтвердило, что профессиональные достижения имели независимое влияние на риск болезни Альцгеймера даже после учета уровня образования. [25]
Интеллектуальные коэффициенты, полученные в результате психометрического тестирования, были определены как ценные косвенные показатели когнитивного резерва, причем более высокие баллы относительно среднего значения связаны с более медленными темпами когнитивного снижения. [26] Однако скорость снижения в некоторых когнитивных поддоменах, таких как скорость обработки информации, может быть в меньшей степени подвержена влиянию преморбидного IQ. [27] Степень связи между IQ и когнитивным резервом может различаться в зависимости от различных типов деменции. [28]
Для любого заданного уровня клинического нарушения наблюдается более высокая степень нейропатологических изменений в мозге тех больных болезнью Альцгеймера, которые вовлечены в большее количество видов деятельности. Это верно даже при контроле образования и IQ . Это говорит о том, что различия в образе жизни могут увеличивать когнитивный резерв, делая человека более устойчивым. [29] Другими словами, повседневный опыт, влияющий на познание, аналогичен физическим упражнениям, влияющим на опорно-двигательный аппарат и сердечно-сосудистые функции. [30] Используя мозговой кровоток в качестве косвенной меры нейропатологического повреждения, более низкий CBF указывает на большее повреждение, было обнаружено, что на заданном уровне клинического нарушения показатель досуговой активности отрицательно коррелировал с CBF. [30] Другими словами, люди с более высоким показателем активности были способны выдерживать большее повреждение мозга и, следовательно, можно сказать, что у них больше резерва. Мортимер и др. провели когнитивное тестирование на популяции из 678 монахинь в 1997 году, в ходе которого они показали, что у пациентов с диагнозом болезнь Альцгеймера возможны различные уровни когнитивной активности и производительности. Один субъект, показавший уменьшение неокортикальных бляшек, выжил с легким дефицитом, несмотря на (или из-за) низкого веса мозга.
В более поздних исследованиях выделяют четыре модифицируемых фактора образа жизни, которые влияют на когнитивное здоровье в пожилом возрасте и предлагают потенциал для снижения риска снижения когнитивных функций и деменции. [31] В период с 2011 по 2013 год в Уэльсе в рамках исследования когнитивных функций и старения (CFAS-Wales) были собраны данные по когорте из 2315 когнитивно здоровых участников в возрасте 65 лет и старше, что не только подтвердило теорию влияния факторов образа жизни, но и выявило опосредующее влияние когнитивного резерва на перекрестную связь между факторами образа жизни и когнитивными функциями в пожилом возрасте.
Когнитивная и социальная активность: люди с высокой степенью интеллектуальной (чтение журналов, газет или книг, игра в карты, игры или бинго, посещение занятий и т. д.), социальной (посещение друзей или родственников или их посещение и т. д.), увлекательной (помощь другим в выполнении повседневных задач, оплачиваемая работа и волонтерская работа) деятельностью в свободное время имеют значительно меньший риск развития деменции. [30]
Физическая активность: оказывает сильное влияние на развитие когнитивных нарушений или слабоумия. [31]
Здоровое питание: Исследования в области здорового питания подчеркивают преимущества средиземноморской диеты для защиты когнитивного здоровья. [31]
Потребление алкоголя: исследования показывают, что употребление алкоголя в небольших или умеренных количествах связано с более низким риском (один или два раза в неделю или три или четыре раза в неделю), так как частое употребление алкоголя в молодом возрасте определяется как фактор риска снижения когнитивных способностей в более позднем возрасте. [31]
В связи с разнообразием четырех факторов образа жизни для определения серьезности каждого из них используется множество различных шкал самооценки.
Болезнь Паркинсона является примером состояния, которое связано с ролью когнитивного резерва и когнитивными нарушениями. Предыдущие исследования болезни Паркинсона подразумевали возможное влияние когнитивного резерва на мозг человека.
Согласно некоторым исследованиям [32], так называемый когнитивный образ жизни рассматривается как общий защитный фактор, который может быть опосредован несколькими различными механизмами.
Исследование 2015 года [33] включало влияние (когнитивного) образа жизни на поперечные и продольные измерения. 525 участников с болезнью Паркинсона прошли различные базовые оценки когнитивных способностей и предоставили клинические, социальные и демографические данные. Через 4 года 323 человека приняли участие в оценке когнитивных способностей в ходе последующего наблюдения. Поэтому исследователи использовали показатели тяжести глобальной когнитивной деменции. Было показано, что наряду с уровнем образования и социально-экономическим статусом более высокий уровень недавней социальной активности также был связан со снижением риска деменции. С другой стороны, увеличение возраста и низкий уровень социальной активности могут повышать риск деменции при болезни Паркинсона.
Несмотря на различия в подходах между моделями резерва мозга и когнитивного резерва, есть доказательства того, что обе они могут быть взаимозависимы и связаны. На этом заканчивается компьютерная аналогия, поскольку в случае с мозгом кажется, что аппаратное обеспечение может быть изменено программным обеспечением.
Воздействие обогащенной среды , определяемое как сочетание большего количества возможностей для физической активности, обучения и социального взаимодействия, может вызывать структурные и функциональные изменения в мозге и влиять на скорость нейрогенеза в гиппокампе взрослых и стареющих животных. [34] Многие из этих изменений могут быть достигнуты просто путем введения режима физических упражнений, а не требуя когнитивной активности как таковой. [35]
У людей задние гиппокампы лицензированных лондонских таксистов оказались больше, чем у контрольной группы, в то время как передние гиппокампы были меньше. [36] Это исследование показывает, что люди, выбирающие карьеру таксиста (препятствием для входа в которую является способность запоминать улицы Лондона, что описывается как «самый сложный в мире тест (на знание улиц)»), имеют более крупные гиппокампы, но не демонстрируют изменений в объеме в результате вождения. Аналогичным образом, хотя изучение второго языка требует обширной и устойчивой когнитивной активности, оно, по-видимому, не снижает риск деменции по сравнению с теми, кто не изучал другой язык, [37] хотя пожизненное двуязычие связано с отсроченным началом болезни Альцгеймера. [38]
Клинический диагноз деменции не полностью связан с уровнями базовой невропатологии . Тяжесть патологий и дефицит когнитивных функций не могут иметь прямой связи. Теория когнитивного резерва объясняет этот феномен. Кацман и др. (1998) провели исследование результатов аутопсии 10 человек и обнаружили патологию, связанную с болезнью Альцгеймера. [1] Однако у тех же пациентов не было никаких симптомов болезни Альцгеймера в течение жизни. Таким образом, когда в мозге возникает патология, когнитивный резерв помогает справиться с когнитивным снижением. Таким образом, люди с высоким когнитивным резервом справляются лучше, чем люди с низким когнитивным резервом, даже если у них та же патология. [39] Это приводит к тому, что люди с высоким когнитивным резервом остаются недиагностированными до тех пор, пока повреждение не станет серьезным.
Когнитивный резерв, который можно оценить клинически, зависит от многих переменных. Опросник индекса когнитивного резерва (CRIq) измеряет когнитивный резерв по трем основным источникам, а именно: образование, трудовая деятельность и досуг на протяжении всей жизни человека. [40]
Важно отметить, что когнитивный резерв (и переменные, связанные с ним) не «защищают» от болезни Альцгеймера как болезненного процесса — определение когнитивного резерва основано именно на наличии патологии заболевания. Это означает, что традиционная идея о том, что образование защищает от болезни Альцгеймера, ложна, хотя когнитивный резерв защищает от клинических проявлений заболевания. [34] По состоянию на 2010 год не было достаточных доказательств, чтобы рекомендовать какой-либо способ увеличения когнитивного резерва для предотвращения деменции или болезни Альцгеймера. [35] С другой стороны, когнитивный резерв оказывает очень важное влияние на нейродегенеративные заболевания. Пациенты с высоким когнитивным резервом показали задержку когнитивного снижения по сравнению с пациентами с низким когнитивным резервом. Однако, когда симптомы когнитивного снижения становятся симптоматическими, пациенты с высоким когнитивным резервом показывают быстрое когнитивное снижение. [41]
Наличие когнитивного резерва подразумевает, что люди с большим резервом, которые уже страдают от нейропатологических изменений в мозге, не будут выявлены стандартным клиническим когнитивным тестированием. И наоборот, любой, кто использовал эти инструменты клинически, знает, что они могут давать ложноположительные результаты у людей с очень низким резервом. С этой точки зрения легко возникает концепция «адекватного уровня сложности». Предположительно, можно было бы измерить когнитивный резерв, а затем предложить специально разработанные тесты, которые представляли бы достаточный уровень сложности для точного выявления ранних когнитивных нарушений как у людей с высоким, так и с низким резервом. Это имеет значение для лечения и ухода.
У людей с высоким резервом ухудшение происходит быстро, как только достигается пороговое значение. [36] У этих людей и их карьеры ранняя диагностика может дать возможность спланировать будущий уход и приспособиться к диагнозу, пока они все еще способны принимать решения. Исследование когнитивной реабилитации, проведенное с пациентами с деменцией, показало, что у пациентов с низким когнитивным резервом были лучшие результаты от когнитивной реабилитации по сравнению с пациентами с высоким когнитивным резервом. Это связано с тем, что у пациентов с высоким когнитивным резервом были отсроченные когнитивные симптомы, и поэтому болезнь больше не могла противостоять патологии. Более того, улучшение, наблюдаемое у пациентов с низким когнитивным резервом, указывает на то, что эти пациенты могут наращивать свой когнитивный резерв в течение всей жизни. [42]