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白质脑功能网络图论分析:抑郁症分类和预测的神经标记

脑连接体拓扑结构异常是重度抑郁障碍(MDD)病理机制的基础。然而,越来越多的证据只关注脑灰质中的功能组织,而忽略了已被证实具有可靠稳定拓扑组织的白质中的功能信息。本研究旨在从一个新的视角-白质WM功能连接组拓扑结构来表征MDD的功能模式中断。我们对发现的91例未服药MDD患者和225例健康对照(HC)和复制样本(34例未服药MDD患者和25例HC)进行了病例对照、横断面静息状态功能磁共振成像研究。在128个解剖区域构建WM功能网络,并使用基于图论的方法分析其全局拓扑性质(如小世界性)。在系统层面,普遍存在的小世界架构和局部信息处理能力在未服药的MDD患者中可检测到,但不如在HC中显著,这意味着MDD白质功能连接体向随机化转变。在一个独立样本中得到了一致的结果。在临床应用中,发现样本中WM功能连接组的小世界拓扑对疾病严重程度有预测作用(汉密尔顿抑郁量表)(r = 0.34, p = 0.001)。此外,基于拓扑的分类模型可以推广用于区分复制样本中的MDD患者和HC(准确率,76%;敏感性,74%;特异性,80%)。我们的结果强调了可复制的拓扑移位的WM功能连接组结构,并提供了可能的临床应用,其中包括最佳小世界拓扑作为MDD患者分类和预测的潜在神经标志物。

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Science子刊:利用DTI和NODDI纵向研究揭示轻度脑外伤后的白质微结构改变

能够检测轻度脑外伤(mTBI)后的白质(WM)病理,并预测长期结果的神经成像生物标记物是改善护理和开发治疗方法所必需的。本文利用弥散张量成像(DTI)和近期新兴的神经突方向离散度和密度成像(NODDI)对mTBI后的WM微观结构进行了横断面研究和纵向研究,并将其与神经心理指标进行了相关性分析。在横截面研究中,早期分数各向异性的减小和平均扩散系数的增加对应于NODDI中WM区域自由水含量的升高。这种自由水升高的情况在早期脑震荡后症状的患者亚组中更为广泛。长期纵向的WM改变包括NODDI中的轴突密度下降,表征了弥漫性轴索损伤所致的轴突变性。因此,相比于DTI,NODDI能够更加清晰地表征弥漫性轴索损伤,是一种比DTI更敏感、更特异的检测mTBI所致的WM微结构改变的生物标志物,在对mTBI的诊断、预后和治疗监测中值得进一步研究。本文发表于Science Advances杂志。

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    静息态fMRI的白质功能连接:鲁棒性、​可靠性和与灰质的关系

    对整个大脑的时空组织的全面表征对于理解人类大脑的功能和功能障碍都是至关重要的。灰质静息状态功能连接(FC)有助于揭示大脑固有的基线网络。然而,尽管有研究表明脑白质(WM)的FC在任务和休息时确实发生了变化,但白质(WM)几乎占大脑的一半,在这一表征中却基本被忽略。在本研究中,我们鉴定了静息态fMRI的9个白质功能网络(WM-FNs)和9个灰质功能网络(GM-FNs)。利用多路fMRI数据计算类内相关系数(ICC),评估静态功能连接(SFC)和动态功能连接(DFC)的可靠性。在GM-FNs、WM-FNs和GM-WM-FNs中估计SFC、DFC和它们各自的ICCs之间的关联。GM-FNs的SFC强于WM-FNs,但对应的DFC较低,说明WM-FNs更具动态性。在GM-和WM-FNs中,SFC、DFC及其ICCs之间的关联相似。这些结果表明,WM fMRI信号包含与GM相似的丰富时空信息,可能为更好地建立全脑功能组织提供重要线索。

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    PNAS:功率谱显示白质中明显的BOLD静息态时间过程

    准确描述血氧水平依赖(BOLD)信号变化的时间过程对功能性MRI数据的分析和解释至关重要。虽然多项研究表明白质(WM)在任务诱发下表现出明显的BOLD反应,但尚未对WM自发信号波动的时间过程进行全面的研究。我们测量了WM内一组区域的功率谱,这组区域的的静息态时间序列是独立成分分析显示为同步活动。根据它们的功率谱,在每个成分中,体素明显地分为两类:一组显示出一个单独的峰,而另一组在更高的频率上有一个额外的峰。它们的分组具有位置特异性,其分布反映了独特的神经血管和解剖结构。重要的是,两类体素在功能整合中的参与存在差异,这体现在两类体素在区域间连接数量上的差异。综上所述,这些发现表明,WM信号在本质上是异质性的,并依赖于局部的结构-血管-功能关联。

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    老年人Theta-Gamma跨频率耦合与工作记忆表现的纵向关系研究

    Theta-gamma耦合(TGC)是支持工作记忆(WM)的一种神经生理机制。TGC与N-back表现(一种WM任务)相关。与TGC相似,theta和alpha事件相关同步化(ERS)和去同步化(ERD)也和WM相关。很少有研究探讨WM表现和TGC、ERS或ERD之间的纵向关系。本研究旨在确定WM表现的变化是否与6到12周内TGC(主要目的),以及theta和alpha的ERS或ERD的变化有关。包括62名60岁及以上的被试,无精神疾病或缓解型重度抑郁障碍(MDD)且无认知障碍。在N-back任务(3-back)期间使用脑电(EEG)评估TGC、ERS和ERD。在控制组中,3-back表现的变化和TGC、alpha ERD和ERS、以及theta ERS的变化之间存在相关。相比之下,在缓解型MDD亚组中,3-back表现的变化只和TGC的变化之间存在显著相关性。我们的结果表明,WM表现和TGC之间的关系随着时间的推移是稳定的,而theta和alpha ERD和ERS的变化则不是这样。

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