Association between brain volume and intelligence measures in healthy adults: a structural magnetic resonance study and voxel-based volumetry

Introdução: As funções cognitivas sofrem influência da idade, tanto no seu desenvolvimento como no seu declínio. De forma geral, as medidas de inteligência se relacionam com o volume de substância cinzenta (SC) em áreas cerebrais específicas e sofrem influência com o processo de envelhecimento. Em crianças e adolescentes as áreas envolvidas são o córtex pré-frontal, enquanto nos idosos e adultos jovens os córtices frontais e temporais desempenham um papel importante. Objetivo: Identificar quais áreas cerebrais estão implicadas nas variações das medidas de inteligência em uma amostra representativa de adultos jovens e idosos saudáveis. As hipóteses principais são: 1) haverá uma associação indireta entre distribuição de SC e idade envolvendo áreas de córtex frontal e temporal; 2) em adultos, as medidas de QI estimado irão se mostrar estáveis em decorrência da estabilidade entre as funções de inteligência fluida e cristalizada; 3) em idosos, as medidas de QI estimado apresentarão correlação direta com a distribuição de SC envolvendo o córtex temporal e límbico; 4) em idosos, as medidas de inteligência fluida apresentarão correlação direta com a distribuição de SC em córtices frontal e pré-frontal; 5) em idosos, as medidas de inteligência cristalizada não apresentarão correlações significativas com a distribuição de SC. Metodologia: Os exames de imagens cerebrais foram obtidos a partir de uma amostra representativa com ampla faixa etária. Foi investigada uma amostra de 258 sujeitos entre 18 e 75 anos que preencheram os critérios de inclusão/exclusão, e para os quais é possível estimar o QI através de subtestes do WASI. Os resultados estatísticos de cada análise foram realizados utilizando a volumetria baseada em voxel sob a forma de mapas paramétricos estatísticos e a relação dos resultados foram somente os que sobreviveram a correção para comparações múltiplas. Todos os resultados foram corrigidos através das variáveis de confusão (protocolo,aparelho de ressonância magnética e volume cerebral). Resultados: Identificamos correlações entre QI estimado e de inteligência fluida em regiões temporais mediais e límbicas bilaterais, na população idosa. Na população adulta também identificamos correlações entre inteligência cristalizada envolvendo regiões frontais e pré-frontais direita. Observamos também que houve perda de SC na população adulta envolvendo as regiões pré-frontais e frontais à esquerda. Conclusão: As medidas de inteligência cristalizada e fluida apresentaram correlação direta com o volume cerebral total, e especificamente em córtices frontais, pré-frontais bilaterais, e em regiões temporais e límbicasIntroduction: The cognitive functions could be influenced by age, both during the development as well as during the decline. Measures of intelligence in general are related to the volume of gray matter (GM) in specific brain areas, and also are under influence of aging process. In children and adolescents the brain areas involved is mainly the prefrontal cortex, while in the elderly other areas, such as the frontal and temporal cortices play an important role. Objective: To identify which brain areas are involved in variations in intelligence measures in a representative sample of large age span, from young adults to healthy elderly. The main hypotheses are: 1) there would be an indirect association between age distribution of GM and surrounding areas of the frontal and temporal cortex, 2) in adults, estimated IQ measures would prove to be stable secondarily to adaptation between fluid intelligence and crystallized functions, 3) in the elderly, measures of IQ estimated would present direct correlation with the distribution of GM involving the temporal cortex and limbic, 4) in the elderly, measures of fluid intelligence would show a direct correlation with the distribution of GM and pre frontal cortices, 5) in the elderly, measures of crystallized intelligence would not present significant correlations with the distribution of GM. Methods: Brain images scans were obtained from a representative sample with large age span. We investigated a sample of 258 subjects between 18 and 75 who met the criteria for inclusion / exclusion, and for which it is possible to estimate the IQ subtests by the WASI. Correlation statistical analyses were performed using voxel-based methodology with Statistical Parametric Map Software, and reported only if survived multiple comparison correction. All results were corrected for confounding variables (protocol, MRI scan and total brain volume). Results: We identified correlations between IQ and estimated fluid intelligence in medial temporal and limbic regions bilateral in the elderly. In the adult population we also identified correlations between crystallized intelligence involving the frontal and prefrontal right. We also observed that there was loss of GM in adults involving the left prefrontal regions and frontal. Conclusion: Measures of fluid and crystallized intelligence showed direct correlation with the total brain volume, and specifically in the frontal cortex, bilateral prefrontal, and temporal and limbic region