近日，《柳葉刀》旗下eBioMedicine在線發(fā)表了北京郵電大學(xué)教授劉勇團(tuán)隊(duì)與合作者的最新成果。該研究基于多中心功能磁共振影像，揭示了阿爾茨海默病（AD，俗稱癡呆癥）患者全腦信號的改變模式，并系統(tǒng)評估了全腦信號改變與認(rèn)知能力改變，腦功能網(wǎng)絡(luò)整合改變和疾病生物學(xué)通路之間的關(guān)系。

阿爾茨海默病患者存在明顯的認(rèn)知能力下降，這與腦功能活動和腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常表征密切相關(guān)。因此，探究阿爾茨海默病患者的異常腦網(wǎng)絡(luò)改變模式是揭示疾病認(rèn)知損傷機(jī)制的重要手段之一。

通常全腦信號（GS）指功能磁共振影像中全腦或灰質(zhì)區(qū)域的平均信號，很多研究把該信號作為可能的滋擾信號，在功能磁共振影像預(yù)處理中去掉。

“值得注意的是，近年來有研究表明，全腦信號與覺醒、精神疾病和行為存在密切關(guān)聯(lián)?！眲⒂赂嬖V《中國科學(xué)報》，“對阿爾茨海默病患者的全腦信號研究，能幫助我們更好地進(jìn)行功能磁共振影像的預(yù)處理操作。同時也能促進(jìn)對阿爾茨海默病腦功能網(wǎng)絡(luò)異常的理解?！?/p>

研究人員用國內(nèi)多家醫(yī)院建立的多中心阿爾茨海默病數(shù)據(jù)庫（MCADI）和美國阿爾茨海默病神經(jīng)影像學(xué)計劃（ADNI）共131例數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。計算了GS時間序列的信號能量，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者未出現(xiàn)顯著的全腦信號時間序列能量變化。此后，他們利用局部腦活動時間序列與全腦信號時間序列的相關(guān)性（GSCORR），作為全腦信號在全腦分布的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)全腦信號空間分布在正常人和病人上具有相似的模式，都在后扣帶、楔前葉、頂下小葉等部位呈現(xiàn)較高水平。

GS和GSCORR在正常人和病人中分布情況 受訪者供圖

該團(tuán)隊(duì)利用線性模型，揭示了阿爾茨海默病患者的全腦信號全腦分布的變化情況，并探究了其與認(rèn)知能力的相關(guān)性。

“阿爾茨海默病患者在前額葉具有升高的GSCORR，在顳葉、扣帶回、海馬等部位具有降低的GSCORR?！闭撐牡谝蛔髡?、中國科學(xué)院自動化研究所博士生陳品東說，“我們還發(fā)現(xiàn)這些部位的GSCORR與患者的認(rèn)知能力顯著相關(guān)，并且該結(jié)果在ADNI數(shù)據(jù)集得到了獨(dú)立驗(yàn)證。”

在進(jìn)一步的研究中，該團(tuán)隊(duì)基于腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜構(gòu)建了腦網(wǎng)絡(luò)，利用聚類系數(shù)和最短路徑長度分別代表腦功能網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)整合與分離的拓?fù)鋵傩?。結(jié)果顯示阿爾茨海默病患者全腦信號分布的變化與腦功能網(wǎng)絡(luò)的耦合性變化呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)，這進(jìn)一步揭示了全腦信號分布變化與腦功能網(wǎng)絡(luò)異常變化的關(guān)系，提示全腦信號可能是阿爾茨海默病功能網(wǎng)絡(luò)異常改變的潛在因素之一。

“該研究揭示了阿爾茨海默病患者全腦信號變化與腦網(wǎng)絡(luò)變化的關(guān)系，闡明了全腦信號對于疾病研究的重要性，為阿爾茨海默病患者的腦功能網(wǎng)絡(luò)研究提供了新思路。”劉勇表示。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2023.104455

來源：中國科學(xué)報