人类衰老伴随着大规模功能性脑网络组织的改变,这对认知和脑疾病具有重要影响。我们利用清醒状态下功能磁共振成像(fMRI)数据,对不同成年期的小鼠进行研究,结果表明,衰老小鼠的脑网络组织也发生了与人类类似的改变,尤其是功能分化程度的降低。此外,不同物种的脑网络结构和衰老轨迹也存在差异。这些发现表明,小鼠是研究赋予脑网络韧性和抗衰老脆弱性的因素,以及阐明大规模脑网络变化的细胞和分子机制的理想模型。这种对小鼠脑网络年龄相关变化的中观尺度描述,为跨物种和跨组织尺度的转化研究提供了一个平台。
人类衰老以大规模功能性脑网络的渐进性重组为特征;这些脑网络变化与认知能力下降和疾病易感性密切相关。相反,尽管小鼠一直是理解生命周期中分子和细胞变化的重要模型,但由于缺乏对大规模功能性脑网络组织中与年龄相关的变化的精确表征,跨物种转化研究的进展受到限制。本研究利用在清醒小鼠中采集的横断面和纵向的密集采样静息态功能磁共振成像(fMRI)数据(n = 82;3至20个月龄),描述了小鼠功能连接组的组织特征和与年龄相关的变化。小鼠静息态功能连接重现了已知的脑功能回路,证明了这些信号的组织有效性。对功能连接进行图论分析表明,小鼠的功能性脑网络组织呈现模块化结构,并且随着年龄的增长,系统分离度降低,这表明存在类似于人类网络去分化的现象。值得注意的是,小鼠静息态脑网络比人类的脑网络更加分离[基于人类连接组计划及其发育和衰老对应组的数据(n = 1,179;18 至 90 岁)],这归因于小鼠整合分布式系统的长程功能关系贡献较小。此外,小鼠脑网络组织随年龄增长而衰退的速度也比人类慢,这凸显了功能性脑网络组织和脑网络衰老轨迹方面的重要物种差异。这些发现建立了小鼠大规模功能性脑网络衰老的模型,并为跨物种和空间尺度的分析提供了转化桥梁。