[논문 리뷰] Impact of Weight Loss on Brain Age: Improved Brain Health Following Bariatric Surgery

Yashar Zeighami, Mahsa Dadar외 10명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 12.

Cardiovascular Disease and Adiposity인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 복부성 수술에 의한 체중 감량이 비만 관련 뇌 노화를 뒤집는지 여부를 조사한다. 체적 단위 형태 분석 기반의 MRI를 이용한 뇌 연령 예측을 통해 수술 후 12개월과 24개월에 각각 평균 2.9~5.6년의 뇌 연령 감소가 나타나며, 이는 체질량지수(BMI), 혈압, 인슐린 저항성 향상과 관련된 뇌 건강 향상과 연관된다.

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.

연구 동기 및 목표

• 비만이 뇌 건강이 열 劣화됨을 반영하는 더 높은 뇌 연령과 관련이 있는지 확인하기 위해.
• 복부성 수술에 의한 체중 감량과 심혈관계 대사 개선이 뇌 노화를 뒤집을 수 있는지 평가하기 위해.
• 복부성 수술 후 뇌 연령 감소와 관련된 뇌 영역의 변화를 검토하기 위해.
• 대사 개선과 뇌 연령 감소 간의 연관성을 규명하기 위해.

제안 방법

• Cambridge Center for Ageing and Neuroscience(CamCAN) 데이터셋의 데이터를 사용해 뇌 연령 예측 모델을 훈련시켰다.
• Human Connectome Project(HCP) 데이터를 이용해 정상 체중자와 비만자 간의 뇌 연령 차이를 검증했다.
• 87명의 복부성 수술 환자로부터 수술 전 및 수술 후(4개월, 12개월, 24개월)의 MRI 스캔을 수집했다.
• 체적 기반 형태 분석(VBM)을 적용하여 구조적 MRI 스캔으로부터 뇌 연령을 추정했다.
• 뇌 건강 변화를 평가하기 위해 예측된 뇌 연령과 만해 연령의 차이(델타 연령)를 계산했다.
• BMI, 혈압, HOMA-IR 향상과 델타 연령 변화 간의 상관관계를 분석했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비만 환자에서 정상 체중자에 비해 뇌 연령이 더 높은가?
• RQ2 복부성 수술이 뇌 연령 감소를 유도하여 뇌 건강 향상이 이루어지는가?
• RQ3 복부성 수술 후 뇌 연령 감소와 관련된 뇌 영역의 변화는 있는가?
• RQ4 BMI, 혈압, 인슐린 저항성 향상 정도가 뇌 연령 감소와 어느 정도 관련이 있는가?

주요 결과

• HCP 데이터 기반으로 비만 환자는 정상 체중자에 비해 유의미하게 더 높은 뇌 연령을 보였다(p < 0.0001).
• 복부성 수술 후 12개월에 뇌 연령이 기준치 대비 평균 2.9년 감소했다(p < 0.0005).
• 수술 후 24개월에 뇌 연령이 기준치 대비 평균 5.6년 감소했다(p < 0.0005).
• 뇌 연령 감소는 BMI, 수축기 및 이완기 혈압, HOMA-IR 향상과 관련이 있었다(p < 0.05).
• 예비 분석에서 수술 후 24개월에 특정 뇌 영역의 델타 연령이 낮아졌지만, 전체 효과는 광범위했다.
• 관찰된 뇌 연령 감소는 비만 관련 뇌 건강 악화가 체중 감량과 대사 개선을 통해 뒤집힐 수 있음을 시사한다.