JAMA Psychiatry:額顳連接能夠敏感地預測青少年認知與精神癥狀

發布時間:2018-10-29 11:29:06 來源: 北京賽博爾醫藥科技有限公司

文獻信息:該文章是Aln?s等人2018年發表于神經疾病期刊JAMA Psychiatry(五年影響因子16.64),該文章的核心問題:大腦功能連接是否能夠敏感地預測青年精神癥狀?


背景:青春期是個體成長的關鍵時期,人類大腦的微觀結構和連接的變化貫穿于在整個兒童期和青春期,其長期成熟持續到第三個十年,在健康的心智發展中發揮著至關重要的作用。許多精神障礙出現于青少年時期,這些精神障礙可能反映了該時期大腦潛在可塑性的損耗,此外,精神障礙存在某些共同的基因,精神疾病合并癥的高發作率,以及診斷中存在共同的潛在因素等等,這些證據都在強調對基于腦的中間表型識別的重要性,這些中間表型可能在疾病出現臨床表現之前存在。研究者希望通過青少年腦成像數據,找到可以預測青少年精神癥狀的大腦表型。


樣本:數據來源于Philadelphia Neurodevelopmental Cohort,從2009年至2011年,研究者調查了6487名年齡在8-21歲的人的認知功能,并且分析了核磁共振成像樣本748(343女性)個,年齡從8.7歲到22.6歲(均值15.1 標準差3.3),在該748的樣本中,729人有有效的臨床數據。


分析方法

1.使用獨立成分分析(ICA)得到被試多維度的精神病理學評分(結果后文如圖1所示,其中包括7個成分)

2.使用全基因組復雜性狀分析(GCTA)評估遺傳性

3.多模態融合同時模擬了diffusion磁共振成像度量分數的各向異性,平均擴散率,徑向擴散率,L1(主擴散張量成像特征值),各向異性模式以及主要和次要纖維取向以及結構連通性密度的貢獻程度(共八個反映大腦微觀結構及連接的特性,根據這八個特性提取出20個相關的成分,后文中的LICA01-LICA20), 以及他們與一般精神病理學和認知的關系。


主要結果

在729名個體中進行10次交叉驗證和置換測試的機器學習結果與一般精神病理學水平(r = 0.24,P <.001)和認知(r = 0.39,P <.001)顯著相關。 對于這兩種特質,反映額顳連接和鉤狀束中交叉纖維的大腦白質模式是最相關的特征。 跨臨床診斷類別以及認知測試分數的單變量分析證實了其跨診斷的重要性。 一般精神病理學(16%; SE,0.095; P = .05)和認知(18%; SE,0.09; P = .01)因子均可遺傳并顯示出負的遺傳相關性。


具體實驗結果數據

認知:對6487名被試在認知行為的評分分數(包含12分測驗,涵蓋工作記憶、情景記憶、語言推理、非語言推理、社會認知)進行主成分分析提取出認知行為的一般測量方式—流體智力(fluid intelligence [Gf])。


圖一:獨立成分分析得到的129項臨床問卷不同成分的權重

神經病理學:如上圖所示,對被試測量129項臨床癥狀評分,對其進行獨立成分分析,發現七個獨立成分:注意問題(attention problem, IC1)、焦慮(anxiety, IC2)、違規行為(norm-violating behavior, IC3)、精神病陽性以及有前驅性的癥狀(psychosis positive and prodromal symptoms, IC4)、抑郁自殺以及精神病陰性癥狀(psychosis negative symptoms, IC5)、躁狂(mania, IC6)以及強迫(obsessive-compulsive symptoms, IC7),之后用所有成分的平均代表神經病理學分數。


圖二:A.年齡,流體智力(Gf)和精神病理學(每個被試)交叉驗證的關聯中20個大腦白質成分中每個成分的特征重要性。B.C.D.分別為年齡、流體智力以及平均神經病理學ICA的真實值與預測值的相關。


大腦白質20個獨立成分與年齡、流體智力和神經病理學癥狀(用平均ICA計算)顯著相關,其中大腦LICA-01能夠靈敏的預測年齡,LICA-09與年齡、認知和心理健康都存在重要的相關。對于LICA-09的詳細結果見下圖。


圖3 LICA-09與認知和神經病理學癥狀的顯著相關

A. LICA-09對應的大腦空間圖示,百分比代表各模態貢獻的百分比;暖色代表正向權重,冷色代表負向權重,其中粉色為白質纖維的鉤狀束,紫色代表下枕葉束。

B.被試LICA-09權重與年齡的關系(根據流體智力高低分層)

C.被試LICA-09權重與年齡的關系(根據神經病理學癥狀分層)


LICA-09:LICA-09的空間焦點包括鉤狀束和下枕骨束之間的交叉點,對于部分各向異性,f1(主導纖維),各向異性模式具有負空間權重,連通密度和f2(次要纖維)和徑向擴散系數為正向權重。但如果1個纖維種群退化,則在交叉纖維區域中分數各向異性也可能更高。具有較高精神病理學得分但是LICA-09權重較低的被試意味著交叉纖維減少,癥狀負擔增加。


圖4 被試20個LICA成分權重的的單變量結果,再次說明了LICA-09與認知和臨床神經疾病的相關。


總結:該研究的結果指出邊緣顳 - 杏仁核 - 眶部內側前額葉通路(limbic temporo amygdala-orbitofrontal pathways)可以作為精神障礙診斷中的大腦表型。實際上,額顳連接與一系列精神疾病有關,包括精神分裂癥,行為障礙以及焦慮等。最為重要的是,目前的研究結果表明,這些異?,F象也存在于沒有被診斷但有精神疾病風險的年輕人中。


參考文獻:Aln?s, D., Kaufmann, T., Doan, N. T., Córdova-Palomera, A., Wang, Y., & Bettella, F., et al. (2018). Association of heritable cognitive ability and psychopathology with white matter properties in children and adolescents. Jama Psychiatry, 75(3).

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