[論文レビュー] Impact of Weight Loss on Brain Age: Improved Brain Health Following Bariatric Surgery

Yashar Zeighami, Mahsa Dadar+10 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2021

Cardiovascular Disease and Adiposity被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、減量手術による肥満関連脳年齢の逆転が可能かどうかを調査した。ボクセル単位の形態計測に基づくMRIを用いた脳年齢予測手法を用い、手術後12か月および24か月に、脳年齢が平均2.9〜5.6歳減少することを示した。これは、BMI、血圧、インスリン抵抗性の改善と関連する脳健康の向上を示している。

ABSTRACT

Overweight and obese individuals tend to have increased brain age, reflecting poorer brain health likely due to grey and white matter atrophy related to obesity. However, it is unclear if older brain age associated with obesity can be reversed following weight loss and cardiometabolic health improvement. The aim of this study was to assess the impact of weight loss and cardiometabolic improvement following bariatric surgery on brain health, as measured by change in brain age estimated based on voxel-based morphometry (VBM). We used three datasets: 1) CamCAN to train the brain age prediction model, 2) Human Connectome Project to investigate whether individuals with obesity have greater brain age than individuals with normal weight, and 3) pre-surgery, as well as 4, 12, and 24 month post-surgery data from participants (n=87) who underwent a bariatric surgery to investigate whether weight loss and cardiometabolic improvement as a result of bariatric surgery lowers the brain age. Our results from the HCP dataset showed a higher brain age for individuals with obesity compared to individuals with normal weight (p<0.0001). We also found significant improvement in brain health, indicated by a decrease of 2.9 and 5.6 years in adjusted delta age at 12 and 24 months following bariatric surgery compared to baseline (p<0.0005). While the overall effect seemed to be driven by a global change across all brain regions and not from a specific region, our exploratory analysis showed lower delta age in certain brain regions at 24 months. This reduced age was also associated with post-surgery improvements in BMI, systolic/diastolic blood pressure, and HOMA-IR (p<0.05). In conclusion, these results suggest that obesity-related brain health abnormalities might be reversed by bariatric surgery-induced weight loss and widespread improvements in cardiometabolic alterations.

研究の動機と目的

• 肥満が、脳健康の悪化を示す脳年齢の上昇と関連しているかどうかを特定すること。
• 減量手術による体重減少と循環器代謝機能の改善が、脳年齢の逆転に寄与するかどうかを評価すること。
• 減量手術後の脳年齢低下と関連する脳領域の変化を検討すること。
• 代謝機能の改善と脳年齢の低下との関連を同定すること。

提案手法

• ケンブリッジ年齢科学研究センター（CamCAN）データセットのデータを用いて、脳年齢予測モデルを訓練した。
• ヒューマン・コネクトーム・プロジェクト（HCP）データを用いて、やや肥満と正常体重の個体間における脳年齢の差を検証した。
• 87例の減量手術患者から、術前および術後4か月、12か月、24か月のMRI画像を収集した。
• ボクセルベースド・モルフォメトリ（VBM）を適用して、構造的MRI画像から脳年齢を推定した。
• 脳年齢の予測値と生涯年齢の差（デルタ年齢）を計算し、時間経過に伴う脳健康の変化を評価した。
• デルタ年齢の変化と、術後のBMI、血圧、HOMA-IRの改善とを相関分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 肥満の有無に応じて、脳年齢は正常体重者と比較して高くなるか？
• RQ2 減量手術により脳年齢が低下し、脳健康が改善するか？
• RQ3 減量手術後の脳年齢低下と関連する脳領域の変化は存在するか？
• RQ4 BMI、血圧、インスリン抵抗性の改善は、脳年齢の低下にどの程度関連しているか？

主な発見

• HCPデータを用いた分析により、肥満の個体では正常体重の個体と比較して、脳年齢が有意に高いことが判明した（p < 0.0001）。
• 減量手術後12か月では、ベースライン比で平均して脳年齢が2.9歳低下した（p < 0.0005）。
• 手術後24か月では、ベースライン比で平均して脳年齢が5.6歳低下した（p < 0.0005）。
• 脳年齢の低下は、BMI、収縮期血圧、拡張期血圧、およびHOMA-IRの改善と有意に相関した（p < 0.05）。
• 探索的解析では、手術後24か月に特定の脳領域でデルタ年齢が低下していたが、全体的な効果は広範にわたった。
• 観察された脳年齢の低下は、肥満に起因する脳健康の低下が、体重減少と代謝機能の改善によって逆転可能である可能性を示唆している。