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大脑的不对称萎缩与阿尔茨海默病的临床症状有关

2021/07/06 浏览次数:138


研究背景



大脑是一个神奇的器官,尽管形态上对称,但大脑两半球在功能上有一定的分工,存在专门化(specialization)或不对称(asymmetry)的现象。例如:大脑左半球受损会导致失语症,而右半球受损似乎没有影响。类似的,右半球损伤的患者完成空间操作任务(如拼图、搭积木等)的成绩较差,而且还可能丧失音乐能力既往针对大脑结构与功能的不对称研究有着诸多探讨,主要包括:斯佩里的割裂脑研究、经典的脑损伤病人的研究以及瓦达技术的研究等。随着功能磁共振成像技术的发展,为我们在体研究大脑结构和功能提供了途径。


阿尔茨海默病(AD)是一种常见的老年期痴呆,给家庭、社会带来严重的负担,但至今尚缺少有效的早期指标。AD是Tau和Aβ蛋白在大脑内异常沉积所导致的疾病,然而,这种病理的改变并不是双侧对称、同时进行。既往基于病理解剖的研究发现,AD患者两侧大脑的体积并不对称。磁共振技术为我们在无创条件下测量大脑结构及功能提供了途径。既往小样本、基于个体化的分割研究同样发现AD患者左侧海马体积萎缩较右侧明显。然而,基于手工分割的方法限制了其在临床中的应用。值得注意的是,既往的研究大都针对AD患者的大脑结构不对称展开,较少关注大脑功能连接的不对称。因此,本研究利用多模态磁共振技术探索AD患者大脑灰质体积与功能的不对称指数与其临床症状的关系。



研究方法



本研究利用多模态磁共振技术,采用基于体素水平的自动化算法,计算每个体素的偏侧化指数,探索体素水平的不对称脑区,进一步利用差异脑区作为种子点,在体素水平,探索其与全脑的功能连接改变。49例AD和32例 正常对照组(NCs)完成本研究。


研究结果



结果发现,相比于NCs,AD患者左侧杏仁核萎缩较右侧严重,呈现为显著的右侧优势[图1, p < 0.001],而丘脑则表现为右侧萎缩显著进而呈现为显著的左侧优势。同时发现,杏仁核与对侧楔前叶的功能连接强度偏侧发生改变,由健康人群的左侧优势逆转为右侧优势。且AD这种大脑结构与功能偏侧优势的改变与AD患者病情严重程度以及功能障碍密切有关。本研究结果提示大脑结构与功能的偏侧化指数可能是一种潜在的用以预测AD的生物标记物。

图1 Brain regions showing significant hemispheric asymmetry of VBM

(A) Rightward lateralization was found in amygdala in AD group.  (B) Leftward lateralization was found in thalamus in AD group..

图2 The brain regions showing significant hemispheric asymmetry of functional connectivity with Amygdala.

(A) Brain regions showing significant hemispheric asymmetry of functional connectivity with amygdala.

(B) Rightward lateralization for function connectivity of amygdala with the precuneus.

(C) The FC of the amygdala with the precuneus was significantly decreased in AD patients

图3 The spearman correlation analysis between AI of GMV / FC and neuropsychology assessment.

(A) AI of amygdala GMV were positive correlated with GDS scale. (r = 0.442, p = 0.002).

(B) AI of thalamus GMV were negative correlated with ADL scale. (r = -0.336, p = 0.020).

(C) AI of connectivity of amygdala with precuneus were positively correlated with the GDS scale (r = 0.442, p = 0.002).


相关研究结果发表在 Frontiers in Neuroscience (IF=3.7)。题为:Asymmetric Differences in the Gray Matter Volume and Functional Connections of the Amygdala Are Associated With Clinical Manifestations of Alzheimer’s Disease,中心成员吴兴启、吴越为第一作者,田仰华和中心主任汪凯为通讯作者。


原文链接:https://doi.org/ 10.3389/fnins.2020.00602

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