Resting-state functional connectivity changes over the healthy adult lifespan
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2023-06-12
Department
Major/Subject
Complex Systems
Mcode
SCI3016
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
65
Series
Abstract
The operation of the human brain largely relies on interconnections between brain areas, forming networks that facilitate normal behavior and cognition. Functional connectivity analysis focuses on the study of the functional aspect of these networks using functional neuroimaging measurements and aims to find statistical dependencies between the activations of spatially separate brain areas. Alterations in functional connectivity have been associated with multiple pathological conditions, including Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Due to large interindividual variability, effective disease biomarkers may benefit from an age-matched normative model that quantifies the normal variation in a large cohort of healthy individuals. As a first step towards building a normative model of functional connectivity, this study investigated functional connectivity changes over the healthy adult lifespan. Resting-state magnetoencephalography (MEG) recordings from 598 subjects with normal physical and cognitive health were employed to compute source-space connectivity matrices using Weighted Phase-Lag Index as the connectivity metric. Thereafter, network node strength was computed for each region of interest, representing bidirectional information flow. Linear regression was subsequently employed to quantify age-related changes in functional connectivity and information flow. Significant age-related changes were observed in the alpha and beta frequency bands. In the alpha band, a general decrease in connectivity with age was identified, particularly between posterior cortical areas. In contrast, beta-band connectivity increased with age between frontal areas but decreased between other regions, most prominently between centroparietal areas. These results suggest that aging may be associated with alterations in resting-state functional connectivity, which could thus be an important factor in a potential normative MEG database.Ihmisaivojen toiminta perustuu pitkälti aivoalueiden välisistä kytköksistä muodostuviin neuroverkkoihin, jotka mahdollistavat normaalin käyttäytymisen ja kognitiiviset toiminnot. Toiminnallisen kytkeytyvyyden tutkimus keskittyy tutkimaan näitä verkkoja käyttäen toiminnallisen aivokuvantamisen mittauksia. Toiminnallisen kytkeytyvyyden tutkimuksessa pyritään löytämään tilastollisia riippuvuuksia aivoalueiden aktivaatioiden välillä. Toiminnallisessa kytkeytyvyydessä on havaittu tapahtuvan muutoksia useiden neurologisten ja psykiatristen sairauksien, kuten Alzheimerin taudin ja Parkinsonin taudin yhteydessä. Suuren yksilöllisen vaihtelun vuoksi käyttökelpoisten biomarkkerien kehitystyö saattaisi hyötyä ikäriippuvaisesta normatiivisesta mallista, joka määrittelee normaalin vaihtelun suuressa joukossa terveitä ihmisiä. Ensimmäisenä askeleena tällaisen mallin kehittämiseksi tässä tutkimuksessa selvitettiin toiminnallisen kytkeytyvyyden muutoksia terveen ikääntymisen aikana. Tässä tutkimuksessa käytettiin 598 fyysisesti ja kognitiivisesti terveen koehenkilön lepotilan magnetoenkefalografiamittauksia (MEG), joista laskettiin kytkeytyvyysmatriisit lähdeavaruudessa. Kytkeytyvyysmittarina käytettiin painotettua vaiheviivekerrointa. Kytkeytyvyysmatriiseista laskettiin kullekin aivoalueelle solmun painotettu kertaluku, joka kuvaa kaksisuuntaista tietovirtaa alueiden välillä. Toiminnallisessa kytkeytyvyydessä ja tietovirrassa ikääntymisen myötä tapahtuvia muutoksia arvioitiin lineaarisella regressiolla. Tilastollisesti merkitseviä ikäriippuvaisia muutoksia havaittiin alfa- ja betakaistoilla. Alfakaistalla kytkeytyvyys yleisesti väheni ikääntymisen myötä, erityisesti päälaki- ja takaraivolohkolla. Toisaalta betakaistalla kytkeytyvyys lisääntyi iän myötä otsalohkon alueiden välillä mutta väheni muilla aivoalueilla, erityisesti keskiuurteen alueen ja päälakilohkon välillä. Tulokset viittaavat siihen, että ikääntymiseen saattaa liittyä toiminnallisen kytkeytyvyyden muutoksia lepotilassa. Toiminnallinen kytkeytyvyys voisi siten olla tärkeä tekijä mahdollisessa normatiivisessa MEG-tietokannassa.Description
Supervisor
Parkkonen, LauriThesis advisor
Liljeström, MiaParkkonen, Lauri
Keywords
magnetoencephalography, meg, functional connectivity, aging