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前沿衰老神经系统疾病:帕金森病亚型大脑功能网络的变化。
  • 2021-09-20 14:18

帕金森病是一种高度异质性疾病,可分为震颤显性表型和非震颤显性表型两个亚组。

先前的研究报道了通过使用静态功能连接性分析在两种PD表型之间的异常变化。动态功能连接(dFC)是通过测量大脑区域之间功能连接的强度或时空分布来研究大脑随时间的交流。它提供了异常动态脑通讯的新观点,可以捕捉疾病病理生理引起的FC变化。包括帕金森病在内的许多疾病的临床研究表明,dFC具有潜在的生物标志物效用和临床相关性。

然而,两种帕金森病表型之间的脑网络动态特征仍不清楚。因此,来自北京大学深圳医院的研究团队揭示了两种PD表型之间的动态功能网络连接(dFNC),重点研究了dFNC的时间特征和网络效率的变异性。

研究成果

表1显示了受试者的人口统计学和临床特征,这些受试者被分为PDTD组、PDNTD组和对照组。PDTD患者至少一个肢体的MDS-乌普勒斯-ⅲ静止震颤评分大于2,且有震颤病史。

PDNTD患者的MDS-UPDRS-III静止震颤评分为零,无震颤病史。健康受试者在人口统计学上与帕金森病患者相似。

表1受试者的特征。

内部连接网络、状态和连接强度。

根据解剖学和假定的功能特征,ics(独立成分)可分为以下网络:基底神经节(BG)、默认模式网络(DMN)、背侧身体运动网络(dSMN)、腹侧身体运动网络(vSMN)、左额顶叶网络(lFPN)和右额顶叶网络(rFPN)。

dFNC矩阵有四种重复状态,四种状态的聚类质心及其各自出现的频率和百分比如图1所示。与HC相比,两个PD组在状态ⅱ的dSMN和lFPN之间以及状态ⅲ的dSMN和rFPN之间显示出更高的FNC强度。

与HC相比,PDNTD患者观察到两种异常FNC强度,包括状态ⅱ的BG-1FPN连接减少和状态ⅲ的rFPN-1FPN连接增强。同样,在PDTD和PDNTD患者之间发现了两个FNC差异。

图1各个状态的聚类

dFNC特征与临床特征的关系。

如图2所示,PD组dFNC的特征与震颤症状的严重程度显著相关,采用FDR校正进行多重比较。具体来说,I状态的停留时间与静态震颤呈正相关,这表明稀疏网间连接花费的时间百分比更高,这与震颤性能差有关。

此外,状态ⅳ的BG和vSMN之间的FNC强度与总震颤评分呈正相关,总震颤评分包括静态震颤、姿势震颤和运动震颤,这表明状态ⅳ的BG-vSMN耦合的FNC强度越大,患者的震颤表现越差。

图2BG和vSMN的连接

讨论

本研究结合FNC的时间特性和网络拓扑的可变性,从动力学角度研究了两种帕金森病亚型的中脑功能网络异常。

主要结果如下:

与PDTD病患者相比,pdtd患者在状态I上花费的时间更多,呈现稀疏联系,与静息震颤评分呈正相关。

PDTD患者和PDNTD患者在包括血糖、室性心动过速、dSMN、l_FPN和rFPN在内的网络之间显示出变化的dFNC强度。同时,第四状态下血糖与室上性心动过速之间的dFNC与总震颤评分呈正相关。

与对照组相比,PDNTD患者在全局网络效率上表现出更高的变异性。

一般来说,PDTD患者在稀疏连接状态下的平均停留时间增加,PDTD和PDNTD患者之间的动态功能网络连接强度发生变化,PDNTD患者的整体效率更具可变性,可以据此区分PD表型。

然而,这项研究有一些局限性。

首先,用于评估dFC异常的样本量相对较少,因此在未来的研究中应扩大受试者数量。

其次,小脑可能参与了帕金森震颤的发生,但没有参与这项研究。虽然这项研究的主要目的是研究大脑在帕金森震颤中的关键作用,但在未来的研究中,通过考虑小脑来观察整体影响更方便。

第三,PD患者不用药很难控制头部运动,可能会干扰dFC的结果。为了最大限度地减少头部运动的影响,作者移除了头部运动超过3毫米平移运动或3度旋转的三个受试者,并使用头部运动校正算法来调整图像,因此本研究中三组之间的平均帧位移没有差异。

第四,本研究无法阐明PD表型与脑dFNC改变之间的因果关系。需要进一步研究探索PD表型与dFNC之间的因果关系,为帕金森病患者的亚型及相关动态变化提供理论依据。

参考

朱兰珠,曾巧玲,乔石,焦莉,董树文,赵来,程冠勋,帕金森病亚型中的脑功能网络变化:一个动态的视角,FrontAging neurosci,2021年9月07日,doi:10.3389/FNA gi . 2021 . 710733500205

编辑:初级美少女(Brainnews创作团队)。

评论:西蒙(大脑新闻编辑部)


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