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对PTSD和MDD共病患者的TMS临床治疗反应的脑网络机制的探索性研究

PTSD(创伤后应激障碍)和MDD(重度抑郁症)均为常见且伴有重要精神症状和心理社会失能的精神障碍。PTSD和MDD经常共病,高达50%的PTSD患者也被诊断患有MDD。PTSD和MDD这两种精神障碍,经过标准化的治疗后仍旧有大量的患者存留精神症状,并且那些共病焦虑、抑郁的患者治疗预后更差。应用在PTSD与MDD中,对新兴神经网络异常的理解来解决上述问题显得更为有希望。同时,在数据分析过程中,无论是简单相关(例如皮尔逊相关)发现的相关关系还是利用GLM模型发现的相关关系在在被试量较少的情况下其假阳线都会有一定程度的提升,因此使用灵活而有效的方法去控制预测分析的假阳性发生率是非常有必要的。

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Cell Reports:青年静息状态皮层hubs分为4类

在儿童时期,支持高级认知过程的神经系统经历了快速生长和完善,这依赖于整个大脑激活的成功协调。一些协调是通过皮质中枢发生的,皮质中枢是与其他功能网络共同激活的大脑区域。成人皮层中枢有三种不同的特征,但在认知发生关键改善的发育过程中,人们对中枢的类别知之甚少。我们在大型青年样本(n = 567,年龄8.5-17.2)中确定了四个不同的中枢类别,每个类别都表现出比成年人更多样化的连接概况。整合控制-感觉处理的青少年中枢分为两个不同的类别(视觉控制和听觉/运动控制),而成人中枢则统一在一个类别下。这种分裂表明,在功能网络经历快速发展的同时,需要隔离感觉刺激。青少年控制处理中枢的功能协同激活强度与任务表现有关,这表明在将感觉信息传递到大脑控制系统和从大脑控制系统传递信息方面起着特殊作用。

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BRAIN:失语症词汇产出的白质结构连通性:DSI研究

虽然语言功能的双流神经认知模型在当下已经围绕不同的神经解剖网络分别支持语义和语音加工的观点达成一致,但这些网络中特定的白质成分仍然存在争议。本研究在一项横断研究中考察了白质结构连通性和词汇产出之间的关系,研究对象为42名因单侧左半球中风而患失语症的被试。具体地说,我们从弥散频谱成像数据中为每个被试重建了一个局部连接体矩阵,并根据他们对图片命名测试和词汇产出的计算模型的反应,对这些矩阵进行了语义和语音能力指数的回归。这些连接分析表明,位于背侧(弓状束)和腹侧(额枕下部、钩状束和中纵束)束都与语义能力有关,而与语音能力有关的束更多地位于背侧,包括弓状束和中纵束。还发现与包括后扣带束和穹窿在内的边缘通路有关。所有对照总病变体积的分析和所有显示阳性关联的结果使用错误发现率(FDR)方法进行多重比较矫正,p<0.05。这些结果挑战了否认弓状束在语义加工中的作用和否认腹侧流通路在语言产出中的作用的双流理论。它们还阐明了边缘系统对词汇产生的语义和语音加工的贡献。研究发表在BRAIN杂志。

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PNAS: “稀缺性”心态模式改变消费者消费决策的神经加工过程

近日,来自拉德堡德大学的Huijsmans等人在PNAS发文表示:“稀缺性”心态会改变消费者消费决策的神经加工过程,而大脑活动的这些变化可能是目标导向性决策的基础。大量研究发现需求资源上的缺乏会对个体决策造成损害。近来研究表明,资源缺乏的经历会导致个体形成一种稀缺性心态,而这种心态会增加个体对稀缺资源本身的关注,但其以牺牲对不相关方面的关注作为代价。为了研究稀缺性心态对消费者选择行为的影响,以及其潜在的神经机制,研究者通过实验操作来引导被试产生稀缺和富足心态,并同时进行fMRI扫描,以探讨这两种心态对被试购买熟悉食物意愿的影响。结果表明,稀缺性心态会影响与消费者决策相关的神经活动。与富足性心态模式(abundance mindset)相比,稀缺性心态模式(scarcitymindset)条件下,被试的眶额皮质(前额叶)激活增强,这一区域通常与评估过程有关。此外,与富足性心态模式相比,稀缺性心态模式条件下,个体背外侧前额叶皮层激活出现下降,该区域在目标导向选择方面具有重要作用。这种效应在经历过富足性条件后再去经历缺乏性条件的被试中表现地更为明显。

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静息态脑功能连接可以反应个体是否诚实(不诚实)

社会不良行为(如不诚实)的决定因素的测量是复杂的,并被社会可取性偏见所掩盖。为了克服这些偏见,我们在静息状态功能连接模式上使用了基于连接体的预测模型(CPM),并结合了一项不显著地衡量自愿作弊的新任务,以获得(不诚实)的神经认知决定因素。具体来说,我们调查了休息时大脑中任务独立的神经模式是否可以用来预测(不诚实)行为的倾向。我们的分析显示,在一个独立的样本中,功能连接,尤其是与自我参照思维(vmPFC、颞极和PCC)和奖励处理(尾状核)相关的大脑网络,与参与者的作弊倾向可靠地相关。作弊次数最多的参与者在冲动的几个自我报告中得分也最高,这强调了我们结果的普遍性。值得注意的是,当比较神经测量和自我报告测量时,发现神经测量在预测作弊倾向方面更重要。

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人、猕猴、小鼠静息态三重网络

三重网络模型是Vinod Menon 2011年基于静息态功能连接提出的用于评估人类神经精神疾病的理论模型。该模型认为静息态功能网络中突显网络、默认网络、中央执行网络对神经精神疾病评估具有重要意义。数十年来,该模型在多项疾病研究中得到验证,但受限于人体的非侵入性,极少有研究能深入到神经元层面探讨三重网络的结构功能基础。本研究利用大脑转录组信息整合了人、猕猴、小鼠脑功能网络,发现小鼠、猕猴大脑也可以用三重网络模型来描述。本实验进一步探究了类抑郁动物模型、神经元结构环路、光遗传功能网络与三重网络的相关性,从神经系统构成机制上对三重网络进行了验证。实验再次证明了三重网络的应用价值,同时为动物研究结果向人类转化提供了范式。本文发表在Molecular Psychiatry杂志。

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HBM:冒险倾向调节冲动性对大脑功能连接的影响

冲动性和感觉寻求被认为是冒险性行为中最重要的人格特质,人格特质和脑功能连接之间联系是否取决于个体的冒险倾向呢?本研究利用DOSPERT-30问卷和机动车模拟驾驶来测量冒险倾向,将被试分为有、无冒险倾向两组,利用EEG测量结果分析在有无冒险倾向两组之间7个主要的脑功能连接网络之间的关系与冲动性和感觉寻求人格之间的联系是否在存在差异。在冒险倾向组中,缺乏预先计划时腹侧注意和边缘网络之间的耦合增强;同时,情感追求增强额顶叶神经网络和默认模式网络(DMNs)之间的耦合。最终,缺少持久性对边缘网络的前颞节点(anteriortemporal nodes)的耦合有积极作用,但是对某些额顶叶神经网络和DMNs之间的额极耦合有消极作用。总之,冒险性倾向对冲动性人格相关的脑功能活动有调节作用,使得脑神经网络处于更倾向即刻、自动、或者不适当的反应的状态。

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Cerebral Cortex:额顶控制网络的网络间作用可以很好地预测记忆抑制能力

记忆抑制(Memorysuppression,MS)与精神健康相关。然而,没有研究探索内在静息态功能连接(resting-state functional connectivity,rs-FC)如何预测这种能力。本文基于rsfMRI脑功能连接组预测模型(connectome-based predictivemodeling,CPM)来探究预先定义脑网络(额顶控制网络或FPCN)中的rs-FC图谱是否能以及如何预测健康个体的MS(497名参与者)。在think/no-think范式中,使用由MS导致的遗忘来评估MS能力。结果表明,FPCN网络有利于建立MS预测模型。FPCN中的一些区域,如额中回、额上回和顶下叶在预测MS能力中起着重要作用。此外,FPCN与多个网络(如背侧注意网络(DAN)、腹侧注意网络(VAN)、默认模式网络(DMN)、边缘系统和皮下层区域)间的功能相互作用能够预测MS。关键的是,用于预测的FPCN网络是稳定的并对MS是特定的。这些结果表明FPCN与其他网络相互作用能够表明MS能力。这些结果有助于解释这些功能网络的相互作用是如何导致某些精神障碍中的特定入侵性思维和记忆的。

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[Nature Biotechnology] BayesSpace:亚点分辨率下的空间转录组学

今天给大家带来一篇发表在nature biotechnology上研究空间转录组的文章。最近的空间基因表达技术能够在保留空间背景的同时全面测量转录组谱。然而,现有的分析方法并没有解决技术的分辨率或有效地利用空间信息。在这里,作者介绍了贝叶斯空间,一种完全贝叶斯统计方法,它利用来自空间邻域的信息来提高空间转录组数据的分辨率和聚类分析。作者将BayesSpace与目前的空间和非空间聚类方法进行了基准测试,并表明它改进了对来自大脑、黑色素瘤、浸润性导管癌和卵巢腺癌样本中不同的组织内转录谱的识别。利用免疫组化和由scRNA-seq数据构建的硅质数据集,作者发现贝叶斯空间解决了在原始分辨率下无法检测到的组织结构,并识别了组织学分析无法获得的转录异质性。

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NeuroImage: ADHD青少年右侧额下回皮层fMRI神经反馈的功能连接变化

注意缺陷多动障碍(Attention Deficit Hyperactivity Disorder, ADHD)是一种常见的儿童神经发育障碍,多发于男孩且与较差自控能力有关,其基础是额纹状体缺陷。在临床实践中,中枢兴奋性药物治疗一直以来被认为是治疗ADHD的黄金标准,大概有70%的的病人的临床症状能够通过药物治疗得到有效的改善。但研究表明,这种改善很难得到长时间的维持。造成这种状况的原因可能是大脑对中枢兴奋性药物产生了适应。而其他限制疗效的原因可能还包括对药物的不良反应,对某些共病条件的限制使用,药物的滥用和未知的长期影响,以及对药物使用的依从性。因此,非药物疗法,如饮食疗法,行为疗法及认知疗法得到了广泛的关注,但是这些治疗方法都只显示出了有限的效果。

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人类眶额皮层、vmPFC和前扣带回的有效连接:情绪、记忆和行动

人类眶额皮层、腹内侧前额叶皮层(vmPFC)和前扣带回参与奖赏处理,因此参与情绪,也与情景记忆有关。为了更好地了解这些区域,我们在来自人类连接体项目的172人中测量了360个皮层区域和24个皮层下区域之间的有效连接,并补充了功能连接和扩散束造影。眶额皮层从味觉、嗅觉和颞叶视觉、听觉和颞极皮层区域都有有效连接。眶额皮层与前扣带回膝部和海马体系统有连接,并提供了用于记忆和目标导航的奖赏反映。眶额皮层和扣带回膝部与上前扣带回有连接,该皮层投射到中扣带回和其他运动前皮层区域,并提供行动-结果学习,包括肢体退缩或对抗厌恶和非奖励刺激。外侧眶额皮层有输出到额下回的语言系统。内侧眶额皮层连接到Meynert基底核和上前扣带回连接到隔膜,这些皮层区域的损伤可能通过破坏新皮层和海马体的胆碱能功能而导致记忆障碍。

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Brain综述|前额叶皮层:从猴子到人

摘要:前额叶皮层对人类来说是如此重要,以至于如果剥夺了它,我们的行为就会沦为行动反应和自动行为,没有能力做出深思熟虑的决定。为什么前额叶皮层在人类中如此重要?作为回答,这篇综述借鉴了人类与其他灵长类动物之间的接近性,这使我们能够通过比较解剖功能分析来理解我们共同的认知功能,并指定那些将人类与其近亲区分开来的功能。首先,对前额叶皮层外侧区域的关注说明了恒河猴(神经科学中研究最多的灵长类动物)和人类之间存在一个连续体,用于大脑的这个区域起核心作用的大多数主要认知功能。这种连续体涉及恒河猴的基本心理操作(例如工作记忆或反应抑制)的存在,这些操作构成了“宏观功能”,例如计划,解决问题甚至语言产生。其次,与其他灵长类动物相比,人类的前额叶皮层已经显着发展。这种增加似乎与最前部(额极皮层)有关。在人类中,最前额叶皮层的发育与三个主要且相互关联的认知变化有关:(i)更大的工作记忆能力,可以更好地整合过去的经验和未来的未来;(ii)具有更强的连接不连续或遥远数据的能力,无论是时间数据还是语义数据;(iii)更强的抽象能力,使人类能够以不同的方式对知识进行分类,进行类比推理或获得产生我们信仰和道德的抽象价值。总之,这些新技能使我们能够发展基于语言的高度复杂的社会互动,使我们能够构思信仰和道德判断,并概念化、创造和扩展我们对环境的看法,超出我们身体所能掌握的范围。最后,人类和非人类灵长类动物之间前额叶功能转变的模型结束了本综述。

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BACON:一种脑激活和变化的反向推断工具

在过去的几十年里,强大的基于核磁共振成像的方法已经被开发出来,这些方法产生了基于体素的大脑活动图和与不同情况相关的解剖变化。对于功能性或结构性MRI数据,正向推断试图确定哪些区域涉及到心理功能或大脑紊乱。正向推理的一个主要缺点是它缺乏特异性,因为它表明大脑区域的参与对被调查的过程/条件不是特定的。因此,需要一种不同的方法来确定特定的大脑激活或改变模式在多大程度上与心理功能或大脑病理相关。在本研究中,我们提出了一种名为BACON(贝叶斯因子建模)的新工具,用于对功能和结构神经成像数据进行反向推理。BACON实现了贝叶斯因子,并使用激活似然估计衍生图来获得关于特定心理功能或大脑病理特异性证据的后验概率分布。

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PNAS: 默认模式网络与语言以及控制系统的耦合信息流

导读 人脑在静息状态下,可以利用功能连接将其划分为一些经典大尺度功能网络。这些网络分管不同的认知功能,例如,一个极为重要的网络——默认网络(DMN)主要参与人的内在导向认知活动,像是记忆、社交思维以及奖赏机制。在之前基于平均后的群组水平数据的研究中,尽管参与了多重认知活动,默认网络仍被划分为一个网络整体。这令人不禁遐想,默认网络是否存在稳定的负责不同单一认知功能的子网络呢?这篇于近期发表在《PNAS》的文章 ”Default-mode network streams for coupling to language and control systems” 不同之前研究的方法,其利用多次重复采集的个体水平静息态数据,来探究这一问题。本文即对该研究进行解读。

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与内在功能连接个体变异性相关的基因表达

研究表明,内在功能连接(FC)中的个体间变异性(ISV)与各种各样的认知和行为表现相关。然而,ISV在FC中的潜在组织原理及其相关基因转录谱尚不清楚。使用静息态功能磁共振成像数据从人类连接组计划(299年成人被试)和艾伦人类脑图谱的微阵列基因表达数据,我们进行了转录-神经成像关联研究调查内在的ISV的空间配置及其与空间基因转录谱的关联。我们发现,FC中多模态关联皮层的ISV最大,而单模态皮层和皮层下区域的ISV最小。重要的是,偏最小二乘回归分析显示,与人类加速区(HARs)相关的基因的转录谱可以解释FC中ISV空间分布的31.29%的变异。转录谱中的顶级相关基因在中枢神经系统的发育、神经发生和突触的细胞成分中得到了丰富。此外,我们还观察到,基因转录谱对FC中ISV的异质性分布的影响是由脑血流结构介导的。这些发现强调了ISV在FC中的空间排列,以及它们与转录谱和脑血流供应变化的耦合。

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静息态fMRI+机器学习:慢性下腰痛会引起哪些脑区的改变?

慢性下腰痛(cLBP)是一种持续至少3个月以上的腰部慢性疼痛综合征。很多局部及系统性疾病均可出现腰痛,但临床上多见的是脊椎退行性病变以及急、慢性损伤所引起的腰痛。据统计,80%的人在其一生中都曾有过腰痛的困扰。近年来,更有患者增多的趋势。这可能与现代社会的生活方式有关,例如运动减少、某种姿势维持时间过长以及缺乏腰部保健知识等。 下腰痛(LBP)是全球致残的主要原因,为社会和个人带来沉重的经济负担。持续的疼痛会使人产生负面情绪、认知与行为障碍等精神身体方面的影响,严重影响患者的生活质量及水平。然而,目前治疗cLBP的方法远不能令人满意,cLBP患者中阿片类药物过量和成瘾的比率显著增加,这突出表明迫切需要更好地了解该疾病的病理生理学,并开发新的治疗方法。 近年来,功能磁共振的出现为cLBP状态下脑部功能/结构的改变提供了准确定位,已成为神经影像学研究的重要工具。而作为低频振荡指标的低频振幅(ALFF)得到了越来越多的关注。尽管仍在研究中,但已有研究表明ALFF与人类的脑血流和任务诱发的激活有关。在常用的静息态功能磁共振(RS-fMRI)指标中,ALFF在测试可靠性和可重复性之间具有最佳的平衡。机器学习在脑科学领域的应用广泛而深入,最简单或者最常用的一个应用方向是分类,如疾病的分类。但是将机器学习技术应用于疼痛的研究很少。近期,来自美国的研究团队在British Journal of Anaesthesia杂志上发表题目为《Identifying brain regions associated with the neuropathology of chronic low back pain: a resting state amplitude of low-frequency fluctuation study》的研究论文,以ALFF作为特征值,应用支持向量机(SVM)分类器,探索最有可能区分cLBP患者和健康人的脑区,并确定对cLBP疼痛强度变化敏感的脑区。

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Cerebral Cortex:从任务态和静息态脑功能连接预测儿童数学技能

认知神经科学的一个关键目标是从神经结构和功能来预测行为,从而为谁可能从临床和/或教育干预中受益提供关键的见解。在整个发育过程中,分布的大脑区域之间功能连接的强度与儿童的数学技能有关。因此,在本研究中,我们使用基于连接体的预测模型来研究数字处理和休息期间的功能连接是否“预测”儿童的数学技能(N = 31, Mage = 9.21岁,14名女性)。总的来说,我们发现功能连通性在符号数比较和休息期间,而非非符号数比较期间,能预测儿童的数学技能。每一项任务都揭示了分布在典型大脑网络和主要脑叶上的一组明显不同的预测性连接。大多数这些预测性联系与儿童的数学技能呈负相关,因此,较弱的连接预示着较好的数学技能。值得注意的是,这些预测性连接在不同的任务状态下很大程度上是不重叠的,这表明儿童的数学能力可能取决于网络隔离和/或区域专门化的状态依赖模式。此外,目前的预测建模方法超越了大脑行为相关性,并朝着建立大脑连接模型的方向发展,最终可能有助于预测未来的数学技能。

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eLife: 脑岛的微观结构与宏观功能环路相互联系并能预测认知控制

一、导读 人类的脑岛是一个在内部具有明显异质性的脑部结构,在认知行为控制中发挥着整合作用。上个世纪,脑岛的细胞构筑学研究依赖于尸体解剖大脑,在无创脑成像领域,其微观结构以及大尺度功能环路鲜有进展。近期发表在权威期刊eLife的一个研究:Microstructural organization of human insula is linked to its macrofunctional circuitry and predicts cognitive control,利用弥散张量成像,基于413名健康被试,发现脑岛各个亚区之间的微观结构存在显著的差异,且这些亚区分别负责不同的认知以及情感功能。脑岛的这种微观结构组织形式也映射到了在功能上与其相互连接的前扣带回(anterior cingulate cortex, ACC),该区域是负责切换认知控制功能的突显网络(salience network)的主要区域。这种微观组织结构趋势在恒河猴中得到验证,而且与行为之间建立联系并能够认知控制中个体间差异。这些新发现为研究与脑岛相关的疾病例如孤独症、精神分裂症以及额颞叶痴呆等疾病的病理机制探究中去。本文即对该研究作解读。

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