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重度抑郁症患者的脑龄

重度抑郁症(Major depressive disorder, MDD) 与脑萎缩、衰老相关疾病以及死亡事件的风险增加有关。本研究在一个大型多中心国际数据集中,研究了成人MDD患者大脑的提前衰老,以及这一过程是否与临床特征相关。本研究汇集了来自全球19个样本集中T1加权MRI图像的大脑测量数据,进行了一项mega分析。通过测量来自ENIGMA MDD工作组对照组 (952名男性和1236名女性) 的7个皮质下体积、34个皮质厚度和34个表面积、侧脑室和总颅内体积,预测实际年龄 (18–75岁),来评估健康脑龄。将学习到的模型系数应用于927名对照组男性和986名抑郁症男性、1199名对照组女性和1689名抑郁症女性,以获得独立的无偏差脑龄预测值。计算预测“脑龄”和实际年龄之间的差异,来代表预测脑龄差异 (brain-predicted age difference, brain-PAD) 。平均而言,与对照组相比,MDD患者的brain-PAD 高出+1.08岁(SE 0.22) (Cohen's d=0.14, 95%置信区间: 0.08–0.20) 。然而,这种差异似乎不是由特定的临床特征 (复发状态、缓解状态、抗抑郁药物使用、发病年龄或症状严重程度) 驱动的。这项研究显示了MDD患者中与年龄相关的大脑结构异常的微妙模式。观察到大量组内差异和组间重叠。未来,需要对MDD和躯体健康结果进行纵向研究,以进一步评估这些brain-PAD估计值的临床价值。本文发表在 Molecular Psychiatry杂志。

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精神分裂症患者的脑老化:来自ENIGMA精分联盟26个国际队列的证据

精神分裂症(Schizophrenia, SZ)与终身认知障碍、年龄相关性慢性疾病和过早死亡的风险增加相关。在ENIGMA精神分裂症工作组进行的一项前瞻性荟萃分析研究中,我们调查了成人SZ患者的高级脑老化证据,以及这是否与临床特征相关。本研究纳入了来自全球26个队列的数据,共2803例SZ患者(平均年龄34.2岁;年龄18 ~ 72岁;67%为男性)和2598名健康对照(平均年龄33.8岁,范围18 ~ 73岁,55%为男性)。脑预测年龄由68个皮层厚度和表面积测量值,7个皮层下体积,侧脑室体积和总颅内体积组成,所有这些数据都来自于t1加权的脑磁共振成像(MRI)扫描。通过脑预测年龄和实际年龄(脑预测年龄差异[brain- predicted age difference, brain- PAD])之间的差异评估健康脑老化轨迹的偏差。在校正了年龄、性别和研究地点后(Cohen′s d = 0.48), SZ组患者的脑- PAD平均为+3.55岁(95% CI: 2.91, 4.19;I² = 57.53%)。在SZ患者中,脑- PAD与特定的临床特征(发病年龄、病程、症状严重程度或抗精神病药使用和剂量)无关。这项大规模合作研究表明,SZ的提前结构性脑老化。对SZ和一系列身心健康结局的纵向研究将有助于进一步评估脑- PAD增加的临床意义及其受干预措施影响的能力。

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读文万卷015期:帕金森病内在脑功能网络动态异常;转移脑肿瘤治疗中血管形态的变化

帕金森病是一种以黑质纹状体多巴胺缺失为特征的神经退行性疾病。先前利用静息状态功能磁共振成像测量自发脑活动的研究已经报道了广泛分布的全脑网络的异常变化。静息态功能连接假设扫描过程中的内在波动是稳定的,但有人提出功能连接的动态变化可以反映神经系统功能的各个方面,可以作为疾病的生物标记。本次介绍的文章是Jinhee Kim等人在Brain杂志发表的首次利用静息状态功能磁共振成像对帕金森病患者进行动态功能连接的研究,重点研究了功能连接状态的时间特性以及网络拓扑结构的可变性。采用组空间独立成分分析、滑动窗口方法和图论方法对31例帕金森病患者和23例健康对照者进行了研究。

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Nature Methods |单细胞转录组的深度生成建模

今天给大家介绍加利福尼亚大学的Nir Yosef教授等人发表在Nature Methods上的一篇文章 “Deep generative modeling for single-cell transcriptomics” 。单细胞转录组测量可以揭示未开发的生物多样性,但它们受到技术噪音和偏差的影响,必须建模以解释下游分析中产生的不确定性。本文介绍了single-cell variational inference (scVI),一个现成的可扩展框架,用于概率表示和分析单细胞中的基因表达。scVI使用随机优化和深度神经网络来聚合相似细胞和基因的信息,并近似观察到的表达值的分布,同时考虑批次效应和有限的灵敏度。本文将scVI用于一系列基本的分析任务,包括批处理校正、可视化、聚类和差异性表达,并为每个任务实现了较高的精度。

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基因对静息态脑功能网络的影响

用静息状态功能性磁共振成像测量的大脑静息状态网络(RSNs)的激活振幅是可遗传的,并且与基因相关,表明了多效性。最近的单变量全基因组关联研究(GWASs)探索了RSNs活性个体变异的遗传基础。然而,单变量基因组分析并不能描述RSNs的多变量特性。在这项研究中,研究者使用了一种新的多变量方法,称为基因组结构方程模型,来模拟捕RSNs共享基因组影响的潜在因素,并确定单核苷酸多态性(SNPs)和驱动这种多效性的基因。利用GWAS对英国生物银行报道的21个RSNs (N=31,688)的汇总统计,首先在一个发现样本(N=21,081)中进行基因组潜在因子分析,然后在同一个队列的独立样本(N=10,607)中进行测试。研究表明,RSNs的遗传组织可以由两个不同但相关的遗传因素最好地解释,它们划分了多模态关联网络和感觉网络。17个因素负荷中的11个在独立样本中重复。通过多元GWAS,研究者发现并复制了9个与RSNs联合结构相关的独立SNPs。此外,通过将发现的样本和复制的样本相结合,研究者发现了额外的SNP和与RSN幅值这两个因素相关的基因。研究认为,以多变量的方式模拟遗传对大脑功能的影响是了解更多涉及大脑功能的生物机制的有力途径。

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TMS调控内侧额极和杏仁核之间的功能连接

人脑中的前额叶-边缘网络在社会认知,尤其是情绪的认知控制中起着重要作用。内侧额极皮层(medial frontopolar cortex, mFP; Brodmann Area 10)和杏仁核是该网络的一部分,并且fMRI研究已经证实它们之间存在功能连接。但是,神经调控对mFP-杏仁核之间的功能连接的影响目前尚未得到充分研究。近期,来自德国的研究团队在Human brain mapping杂志发表题目为《Modulating functional connectivity between medial frontopolar cortex and amygdala by inhibitory and excitatory transcranial magnetic stimulation》的研究论文,采用静息态fMRI研究了低频和高频TMS刺激右侧mFP对mFP-杏仁核之间功能连接的影响。结果发现,低频TMS可以降低,而高频TMS可以增加mFP-杏仁核之间的功能连接。这说明,rTMS可有效地调控前额叶和边缘区之间的功能连接,这些研究结果对于社会和情感神经科学以及精神病学的新治疗方法具有重要意义。 原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/hbm.24703

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NeuroImage:基于脑电和结构MRI的AD和轻度认知障碍机器学习分类研究

《本文同步发布于“脑之说”微信公众号,欢迎搜索关注~~》 1. 背景   阿尔茨海默氏病(AD)是引起痴呆症的主要原因,约占全世界病例的70%。到2050年,痴呆症的发病率将增加两倍,大多数新病例将出现在在中低收入国家。轻度认知障碍(MCI)是健康和痴呆症之间的一个阶段,其特征是认知缺陷但不影响日常生活。MCI患者罹患痴呆症的风险增加,在5年内平均进展率为39%。目前迫切需要低成本,可普及的方法来促进早期痴呆症的发现。脑电图(EEG)由于其低成本和便携性而具有解决这一需求的潜力。近期,发表在《NeuroImage》杂志的一项研究收集了老年AD患者(55岁),健忘性MCI(aMCI)和健康对照组(每组约60名)的静息状态EEG,结构MRI(sMRI)和大量的神经心理学数据,在此基础上评估了AD和aMCI分类的一系列候选EEG标记(即频段功率和功能连接),并将其分类性能与sMRI进行了比较。该研究还测试了脑电图联合认知量表分类模型。在对AD进行分类时,sMRI的表现优于静息状态EEG(AUCs分别为1.00和0.76)。但EEG和sMRI都只能较好地区分aMCI和健康老年人(AUCs=0.67–0.73),而且两种方法均未达到70%以上的灵敏度。相对于单独使用MMSE评分,EEG联合MMSE评分并没有优势。该研究是脑电图和sMRI对AD和aMCI分类的首次直接比较。 2.方法 2.1研究群体   从Dokuz Eylul大学神经病学系的门诊招募了AD(n=118)和aMCI的老年人(n=134)。利用各种社区资源中招募健康的老年人(n=198;55岁及以上),包括在公共会议和大学广告牌上发布公告。AD诊断是根据美国衰老和老年痴呆症协会(NIA-AA)的标准做出的。AD患者的纳入标准是:a)隐匿性发作;b)日常功能受损(临床痴呆评分(CDR)评分为1);c)两个或多个认知领域的损害;d)排除谵妄,痴其他原因引起的呆和其他主要精神疾病等。根据NIA-AA标准进行了aMCI诊断。 2.2诊断标准   所有受试者均通过一系列全面的神经心理学测试进行评估,旨在通过以下测试评估言语和视觉情景记忆、注意力、执行功能、视觉空间技能和语言:MMSE、Oktem口头记忆能力测试(OVMPT)、韦氏记忆量表修订版(WMS-R)数字跨度测试、口语流利性测试(语义)、波士顿命名测试(BNT)和CDR量表。使用了Yesavage老年抑郁量表排除抑郁。最后,所以受试者进行了神经、神经影像和实验室检查。 2.3EEG数据获取    根据国际10-20系统,将30个Ag / AgCl电极放在弹性帽(Easy-Cap;Brain Products GmbH;Gilching,德国)上记录脑电图,连接的耳垂电极(A1+A2)作为参考。记录室是电屏蔽的,声音衰减并且光线昏暗。从右眼的内侧上眼眶边缘和外侧眼眶边缘记录眼电图(EOG)。所有电极阻抗均小于10kΩ。脑电图和EOG通过带有0.03–70 Hz带通滤波器的Brain Amp 32通道DC系统机器进行放大,并以500 Hz的采样率在线数字化(Brain Products GmbH;Gilching,德国)。记录EEG:睁眼(EO)4分钟,闭眼(EC)4分钟。 2.4EEG数据预处理   EEGLAB结合FASTER插件进行预处理。将数据在0.1到70 Hz之间进行带通滤波,在50 Hz处陷波滤波,并以所有头皮电极为参考取平均。然后将其提取为2 s的数据段。FASTER删除了包含大伪迹(例如肌肉抽搐)和信号质量较差的内插通道数据。还使用FASTER自动识别了伪迹(即非神经)独立成分,并将其从数据中自动删除。然后视检数据质量,并去除任何残留的杂乱含噪数据。   去除受额外噪声影响的42例数据(16AD,13aMCI,13HC)。剩余408例数据(102AD, 121aMCI, 185HC)。闭眼状态下,预处理和视检去除数据平均百分数为6.38%(SD=2.78%, median=5.23%,range=2.08-23.03%),睁眼状态为6.67%(SD=5.91%,median=4.85%,range=2.08-26.88%)。闭眼状态,去除的独立成分平均数为2.73(SD=0.92, MEDIAN=3,RANGE=1-5),闭眼脑电最终平均时长225s,(SD=9.89S,MEDIAN=227.46S,RANGE=184.72-235),睁眼脑电为224s,(SD=12.72S,MEDIAN=228.35,RANGE=175.48-235)。 2.5脑电频段和功率比计算   使用具有Hann窗和0.5 Hz频率分辨率的多窗谱估计,对30个头皮电极上的绝对和相对功率进行谱分析。分别计算受试者睁眼和闭眼时脑电的功率,以探索这两种唤醒状态之间的潜在差异。包括以

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Human Brain Mapping:持续注意的个体差异与皮层厚度有关

持续注意(sustained attention)是一种对日常生活至关重要的基本心理能力。功能磁共振(Functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究发现,多个脑功能网络在被试内脑活动变化及持续注意的个体差异中起着重要作用。之前研究表明,背侧注意网络(dorsal attention network, DAN),腹侧注意网络(ventral attention network, VAN)和默认网络(default mode network, DMN)的活动与持续操作任务(continuous performance task, CPT)中的准确性和变异性相关。然而,尽管这些工作涉及的脑域广泛,但很少有研究探讨大脑结构变化,特别是没有明显神经损伤的个体的大脑结构变化与持续注意的关系。皮层厚度是测量大脑结构变化的常用指标,即皮层表面和白质之间的距离。它反映的是皮层灰质的厚度。近期,来自美国Translational Research Center for TBI and Stress Disorders的研究团队在Human Brain Mapping上发表了题为《Individual differences in sustained attention are associated with cortical thickness》的研究论文(Alex etal., 2019),他们使用任务态MRI探讨了持续注意与皮层厚度之间的关系。本文对该论文进行详细解读。

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