全腦信號為癡呆癥研究提供新思路

近日，《柳葉刀》旗下eBioMedicine在線發表了北京郵電大學教授劉勇團隊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，并系統評估了全腦信號改變與認知能力改變，腦功能網絡整合改變和疾病生物學通路之間的關系。

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

通常全腦信號（GS）指功能磁共振影像中全腦或灰質區域的平均信號，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聯。”劉勇告訴《中國科學報》，“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行功能磁共振影像的預處理操作。同時也能促進對阿爾茨海默病腦功能網絡異常的理解。”

研究人員用國內多家醫院建立的多中心阿爾茨海默病數據庫（MCADI）和美國阿爾茨海默病神經影像學計劃（ADNI）共131例數據進行研究。計算了GS時間序列的信號能量，發現阿爾茨海默病患者未出現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性（GSCORR），作為全腦信號在全腦分布的指標，發現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

該團隊利用線性模型，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，并探究了其與認知能力的相關性。

“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。”論文第一作者、中國科學院自動化研究所博士生陳品東說，“我們還發現這些部位的GSCORR與患者的認知能力顯著相關，并且該結果在ADNI數據集得到了獨立驗證。”

在進一步的研究中，該團隊基于腦網絡組圖譜構建了腦網絡，利用聚類系數和最短路徑長度分別代表腦功能網絡的網絡整合與分離的拓撲屬性。結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絡的耦合性變化呈現強相關，這進一步揭示了全腦信號分布變化與腦功能網絡異常變化的關系，提示全腦信號可能是阿爾茨海默病功能網絡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絡變化的關系，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絡研究提供了新思路。”劉勇表示。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2023.104455