文摘
目标。先前的研究已经表明,异常功能连通性(FC)与双相情感障碍的病理生理学(BD)。然而,由于不同选择的区域不一致的结果感兴趣的先前的研究。本研究旨在考察voxel-wise brain-wide功能连通性(FC)改变首发,drug-naive BD患者以公正的方式。方法。总共35 BD患者和37岁,性,和education-matched健康对照组进行了静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)。全球大脑FC (GFC)应用于分析图像数据。采用支持向量机(SVM)探针GFC异常是否可以用来识别病人的控制。结果。BD患者表现出增加GFC在左额下回(利比亚伊斯兰战斗组织),pars triangularis,楔前叶(PCu) /高级枕回(SOG)。左边PCu属于默认模式网络(静)。此外,增加了GFC利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis呈正相关,甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白胆固醇(低密度脂蛋白)和负相关的神经心理学评估的可重复的电池状态(我国)编码测试和特鲁的颜色。增加GFC值在左PCu / SOG可以应用于歧视患者从控制更好的灵敏度(80.00%)、特异性(75.68%),和准确性(77.78%)。结论。本研究发现增加了GFC脑区静息;利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis;与LSOG BD患者与血脂异常和认知障碍相关。此外,增加GFC值在左PCu / SOG可以用作潜在生物标志物BD患者与控制。
1。介绍
双相情感障碍(BD)是一种严重的慢性情绪障碍表现为交替的抑郁和躁狂,不时被临床缓解期或心境愉快1]。双相障碍的患病率相对较高(0.5% - -1.5%)2,3]。双相障碍患者的高死亡率是由心血管疾病引起的,其他自然原因,自杀(4,5]。双相障碍患者与代谢综合征相关复杂的临床表现,治疗困难,增加自杀的风险。双相障碍目前诊断通过观察病人的行为和自我报告。因此,客观需要生物标志物来提高识别率和早期诊断的BD (6]。
BD患者代谢综合征是一种常见的并发症。特别是,血脂异常是心血管疾病发病的危险因素,通常是通过高甘油三酯(TG)、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇(hdl - c)、低密度脂蛋白胆固醇(低密度脂蛋白)的血清。双相障碍患者的血脂异常的患病率可能高达37.3%7]。血脂异常率最低(高甘油三酯血症和低高密度脂蛋白胆固醇)在紧急躁狂(8,9]。不同于其他情绪障碍,BD依赖政府可能伴随着低胆固醇和TG水平(7]。因此,探索dyslipidemic水平和双相障碍的严重程度之间的关系是十分必要的。
认知障碍是公认的情绪障碍的特点,在双相障碍很常见。BD患者显示功能障碍在几个认知领域包括注意力、执行功能、学习和记忆、和精神运动速度,在急性躁期和郁期(10]。持久的认知缺陷可能会发现在大约三分之一的BD患者心境愉快的主要情感症状后被解决(11]。一个研究表明,认知障碍的一个重要原因是无法恢复患者的社会功能心境愉快(12]。情绪障碍的神经影像学研究证明,认知障碍源于神经可塑性的破坏机制和cognition-related神经回路的功能和结构都发生了变化13]。然而,与认知障碍相关的特定的神经生物学机制尚不清楚。
静息状态脑区之间的功能连接(FC)是一个重要的工具,了解FC改变大脑区域之间的精神疾患。以前的研究集中于使用的(ROI)方法研究FC在预选的大脑区域的变化不一致的结果(14- - - - - -20.]。原因是这些研究可能忽略相关的关键领域核心病理改变BD由于预选的roi。不同的ROI的选择可能产生不同的结果由于潜在的偏见的结果基于预设的ROI。分布全球大脑FC (GFC)分析可以采用探针双相障碍的病理生理学来弥补这一缺陷。GFC是一个侧重于测量FC改变整个大脑而不是预选的roi (21,22]。的优势相对于其他俱乐部的方法就是GFC可以反映整个大脑的连接体的复杂性。这种方法可以避免parcellation-dependent对大脑网络的拓扑组织的影响(23]。GFC集中在给定的体素之间的关系,其他所有体素的大脑,不仅关系到一个地区或分离较大的组件(24]。在此背景下,GFC的目的方法观察脑机制的研究是采用从俱乐部的角度改变整个大脑以一种公正的方式。
监控机器学习技术,支持向量机(SVM)已被应用于医学诊断和图像处理。支持向量机是一种计算算法,从经验中学习和例子分配标签的目标。它的基本功能是单独的二进制标记数据基于线之间的距离最大化带安全标签的数据时(25]。SVM具有较好的准确性有限样本下(26]。本研究旨在探索FC改变整个大脑的BD患者通过使用GFC方法。基于上述双相障碍的研究,我们假设(1)双相障碍患者会表现出显著GFC改变某些大脑区域与健康对照组相比,(2)异常GFC这些大脑区域可能与血液中脂质含量有关,和(3)GFC异常值可以利用潜在生物标记区分BD患者和健康对照组。
2。材料和方法
2.1。主题
共有38岁右撇子BD患者16-45岁是从第二个中南大学湘雅医院。所有患者诊断和筛选由两名有经验的精神病学家基于精神障碍的诊断与统计手册》第五版(第五版)。登记病人首发病人没有任何药物治疗或心理治疗双相障碍,病程不超过5年。数据收集临床特点通过直接采访患者及其亲属以及访问病人的医疗记录。排除标准包括任何严重的有机疾病和其他精神障碍按照第五版,任何酒精或药物滥用史,和降脂治疗,怀孕,禁忌症MRI扫描。我们使用汉密尔顿抑郁评定Scale-17 (HAMD-17),年轻的躁狂量表(YMRS)和汉密尔顿焦虑Scale-14 (HAMA-14)评估双相障碍的临床症状。可重复的电池的神经心理学评估状态(我国)是用来评估所有患者的认知功能。
四十是通过广告在当地招募的右手健康对照组社区在同一时间。所有的控制都与病人年龄、性别比率,和教育。健康对照组筛选使用dsm - 5, nonpatient版本。没有控制或其一级亲属有严重的精神疾病,神经系统疾病或药物滥用。
这项研究是伦理委员会批准第二中南大学湘雅医院和执行符合《赫尔辛基宣言》。所有参与者提供书面知情同意后,一个完整的解释。得到父母的同意,18岁以下的参加者。
2.2。样品收集
禁食所有病人的血液样本收集7点和9点之间进行生化分析避免昼夜中断的数据。采用血清测试分析以下参数:肝、肾功能、血糖、TG、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白。
2.3。图像采集和预处理
静息状态图像获得使用西门子3.0 t扫描仪,和成像数据预处理自动使用MATLAB中的DPABI软件(27]。参与者被指示一动不动地躺在扫描。详细的图像采集和预处理程序中提供补充文件(可用在这里)。
2.4。GFC分析
GFC是一种数据驱动的图论方法,措施FCs的数量给定的体素与其他像素点之间在灰质面具(28]。产生的灰质面具灰质概率地图( )在SPM8 [29日]。这样一个阈值被选为消除立体像素相关性较弱,可能源于信号噪声(29日]。GFC给定的体元被定义为平均皮尔森系数( )这个时间序列之间的体素与其他所有体素内的灰质面具。我们计算的平均相关系数在整个大脑中的灰质面具MATLAB (21,30.- - - - - -33]。平均相关系数都认为,包括积极的和消极的价值观。费舍尔 - - - - - --转换是利用系数转换成值来提高数据正常(34- - - - - -36]。GFC地图生成通过组合GFC灰质内的所有像素点的面具。这种方法已经应用在一些神经精神障碍我们组,包括精神分裂症、躯体化障碍、颈肌张力障碍,干眼病,原发性睑痉挛,强迫症,重度抑郁症21,32,37- - - - - -41]。
2.5。分类分析
支持向量机是一个很好的学习分类器广泛应用于分类,尤其是对小样本情况下(42,43]。支持向量机的基本功能是根据一行单独的二进制标记数据之间的距离最大化带安全标签的数据时(44]。它从经验中学习和例子如何分配标签的目标和使用内核函数分离标记数据。使用支持向量机中的核函数的一个优点是,它可以应用到nonvector输入,这是很重要的在医学领域26,44,45]。在这项研究中使用的内核类型在MATLAB默认高斯内核。LIBSVM软件包MATLAB (46)是用于这项研究。异常集群获得集团比较患者和控制。然后,我们提取的意思值与异常GFC大脑集群。样本集分为测试集和训练集观察标签数据的分类性能(47]。随机建立了支持向量机进行分类,并选择大脑集群基于功能磁共振成像数据从参与者的大脑。“分析”交叉验证方法是用来优化参数,选择和最常见的特征来获得更好的敏感性和特异性。
2.6。统计分析
连续变量,包括年龄和多年的教育,与两个示例进行了分析 - - - - - -测试。卡方测试被用于性分布。显著性水平是设定在 。
两个示例 - - - - - -测试采用比较GFC病人和对照组之间的差异。我们计算每个参与者的frame-wise位移(FD)值基于一个先前的研究(48]。教育水平、性别、年龄,意味着FD协变量被视为不感兴趣。family-wise错误(FWE)校正方法采用设定的显著性水平 。
皮尔森相关分析进行了GFC值之间的双相障碍和临床变量包括血脂水平和规模大量HAMD-17, HAMA-14, YMRS,我国后提取的意思GFC的值从大脑异常集群GFC正常化和评估转换值。显著性水平是Bonferroni纠正 。
3所示。结果
3.1。特征的参与者
我们排除了前三个病人和三个控制进一步调查由于过度在fMRI扫描头部动作。最后的示例包括35 BD患者和37健康对照组。没有观察到显著差异在性别比例、年龄、年BD患者和控制之间的教育。参与者的临床变量特征如表所示1。详细的结果为每个值男性和女性补充表所示S1。
3.2。GFC组差异
与健康对照组相比,增加了GFC在左额下回(利比亚伊斯兰战斗组织),pars triangularis ( , ),楔前叶(PCu) /高级枕回(SOG) ( , )双相障碍患者的观察(图1和表2)。没有发现降低GFC在任何病人的大脑区域。
3.3。GFC和临床变量之间的相关性
如图2利比亚伊斯兰战斗组织,GFC值,pars triangularis与TG呈正相关( , )和低密度脂蛋白胆固醇( , )与我国的得分呈负相关的编码测试( , )和特鲁颜色( , )。GFC值之间没有显著相关性被发现和疾病持续时间,多年的教育、年龄、和许多HAMD-17 HAMA-14或山药。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。支持向量机的结果
增加GFC值在左PCu / SOG可以确定的双相障碍患者更好的控制灵敏度(80.00%)、特异性(75.68%),和准确性(77.78%)(表3和图3)。如表所示3,利比亚伊斯兰战斗组织的准确性是令人不满意的。
4所示。讨论
增加了GFC利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis PCu /观察SOG BD患者相对于控件,显示中断功能交互在静息,LSOG,利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis病人。支持向量机分析的结果表明,增加GFC左PCu / SOG BD患者可以区分从控制更可取的敏感性和准确性。此外,GFC值在利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis与TG呈正相关,低密度与我国的得分呈负相关编码测试和特鲁的颜色。
IFG位于低于subfrontal沟。糖尿病前期,pars triangularis IFG的中间。增加了FC大脑区域被认为是大脑活动的补偿性努力在静止状态49,50]。双相障碍患者与健康对照组相比,表现出了GFC利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis,这可能代表这个地区增加皮质厚度和/或炎症反应在疾病的早期阶段因为BD患者首发患者没有任何药物治疗和心理治疗双相障碍的病程不超过5年的目前的研究。在这个阶段,星形胶质细胞,它占据了绝大多数的皮层组织,可以激活促炎细胞因子(51),导致细胞增生、肥大和皮质厚度增加(52]。激活星形胶质细胞将刺激神经元生存产生神经营养因子促进中枢神经系统的恢复功能。此外,增加了GFC LIFG的pars triangularis BD患者与我国的分数负相关编码测试,表明本地区的一个强大的协会与认知功能。结合之前的研究,目前的研究表明,补偿可能发生在三角形的部分。
前额叶在情感和认知控制中扮演着重要角色53]。先前的研究发现异常的神经生物化学和神经病理学在BD患者前额叶。此外,在前额叶功能障碍密切相关的认知功能障碍患者情感障碍(54,55]。BA45和44 LIFG的布洛卡区域的参与语言生产(56)提供一个途径BA47/12外侧眶额皮层连接到前运动区。利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis是该地区连接左半球的语言处理和前运动皮层区域的信号输出(57]。因此,我们推测,利比亚伊斯兰战斗组织的功能障碍,pars triangularis可能解释述情障碍的症状在躁狂状态。述情障碍的定义是一种情感体验,个体很难识别和表达自己,被广泛认为是一个障碍的过程中情感识别、处理和管理(58]。研究在双相障碍通常表明双相障碍患者存在高发病率的述情障碍与健康对照组(59,60]。躁狂状态BD患者往往是短暂和展品重要述情障碍期间(61年]。很抱歉,我们没有评估患者的述情障碍在这项研究因为BD患者纳入本研究抑郁发作。
BD患者伴有述情障碍显示可怜的情绪调节能力(62年]。先前研究编码任务缺血性病变患者猜测利比亚伊斯兰战斗组织可能参与编码的行为(63年]。与研究一致,我们的结果展示,GFC值在利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis与我国的分数负相关编码测试。这一结果表明,利比亚伊斯兰战斗组织可能编码所涉及的主要领域之一。Stroop颜色词任务是用于调查反应抑制。在这项研究中,GFC值在利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis弯腰颜色得分呈负相关。增加GFC LIFG的BD患者反应抑制的控制效果和颜色词干扰过程中强调这可能反映出缺陷的执行控制双相障碍患者,特别是抑制治疗的反应的缺陷(64年]。
PCu与几个高级认知功能和可能参与信息处理与元认知过程相关,如情景记忆、自我反省,以及其他内省(65年]。先前的研究发现,元认知过程障碍BD患者的社会和情感领域密切相关的自我反省和其他反射(66年]。多项研究表明,自传记忆可能发挥关键作用的处理自我反省和其他反射(67年]。PCu是一个重要的地区,构成了自传记忆(68年,69年]。换句话说,PCu特别有助于自我反省(67年)和其他反射,自传记忆相关处理。PCu的BD患者异常的函数可能会导致受损的自传式记忆,让他们提供更少的细节当回忆自传体记忆与控制(66年]。最敏感的大脑静息状态的网络是静。静息时活跃大脑休息和活动参与任务执行。PCu的一个至关重要的部分是静。静息状态的功能核心节点(70年PCu是唯一中心)区分任务和大脑静息状态的71年]。作为唯一的网络节点直接与其他节点的静,PCu功能障碍可能损害到整个静的连接(72年),影响大脑的能力区分任务执行和静止状态。因此,目前的结果提出中断在患者静息功能交互与控制。
LSOG参与处理先进视觉协会和背外侧皮层的一个重要组成部分73年]。先前的研究已经展出,SOG激活任务相关情感识别(74年- - - - - -76年和可能与情绪处理有关77年]。另一项研究表明,个体与高焦虑对感觉信息更敏感和恐惧倾向于关注视觉信息(78年]。患者异常SOG的FC可能比这些更容易感到焦虑与正常FC SOG (78年]。本研究观察GFC的LSOG BD患者增加。因此,情绪识别的困难BD患者可能与视觉信息的处理。
合并代谢综合征的风险表现为血脂异常在BD高(约37%)7]。双相障碍患者的高甘油三酯血症的患病率相对较高(79年]。值得注意的是,增加了GFC利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis不仅与TG呈正相关,也与低密度。先前的研究已经证实,TG的下降可能与抑郁症的自杀和有自伤行为或双相障碍80年- - - - - -82年]。BD患者有持久的情绪认知障碍发作,直到现在一直没有得到人们的认识(83年]。此外,脂质水平和认知功能之间的关系的研究表明,增强TG显著与执行功能恶化基于第二代抗精神病药物治疗(84年]。这一结果表明,双相障碍患者的认知缺陷可能与增强TG水平。血脂异常是心血管疾病的重要危险因素在诊所。一项研究基于心血管疾病已经表明,双相障碍患者的预期寿命缩短密切相关并发症的风险(85年)和增强低密度可以抑制老年人工作记忆任务绩效(86年]。血脂异常可能改变LIFG GFC, pars triangularis双相障碍,导致患者认知功能和情绪障碍。高共存的情绪障碍和代谢综合征表明,病理生理学重叠很认可(87年]。
支持向量机已广泛应用于生物医学诊断的辅助方法诊断和预测。支持向量机分析表明,增加GFC值在左PCu / SOG可以用来区分BD患者满意的精度控制,特异性,敏感性超过0.7,这有利于建立诊断指标。因此,我们推断,增加GFC大脑区域中的值可以作为一个潜在的成像生物标记来区分患者控制。
这项研究已经有限的适用性。首先,BD并非在本研究分为不同的类型。不同类型的病人的状态可能会导致偏见的结果。样本大小应该扩大探索血脂是否可以用作生物标记BD的异常功能在不同的州。第二,性别之间的血脂水平可能不同,但在我们的研究观察没有区别。最后,吸烟的干扰,运动水平,或饮食习惯对结果并没有排除。
5。结论
本研究首次检测分布在BD GFC,这表明增加GFC存在于脑区静息;利比亚伊斯兰战斗组织,pars triangularis;和LSOG BD患者。利比亚伊斯兰战斗组织中的GFC值增加,pars triangularis和左PCu / SOG可能是大脑功能的基地之一,情感和认知功能障碍引起的。目前的研究提供了初步证据表明,血脂异常可能是利比亚伊斯兰战斗组织与功能障碍有关,pars triangularis。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者Wenbin郭教授(电子邮件:(电子邮件保护))要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突披露。
作者的贡献
手稿是所有作者的贡献。其中,郭Wenbin、近东以陈、吴Haishan提供工作的概念。燕裘,锅锅,紫薇腾,金坤,李Sujuan收集数据。回族,回族,Chujun吴、刘冯,特命全权大使王负责数据分析和解释。手稿被作者锅锅和批判性的起草修订Wenbin郭。所有作者都批准的最终版本的手稿。
确认
作者感谢所有人担任研究参与者。本研究支持由中国国家重点研发项目(2016 yfc1307100),中国国家自然科学基金(批准号。81771447,81971258,81971258,81501163),湖南省自然科学基金(批准号2020 jj4784),广东省的关键领域的研究和发展项目(2018 b030334001),和湖南的委员会科研项目(批准号C2019164)。
补充材料
详细的图像采集,预处理过程和详细的结果与男性和女性的每个值提供的补充材料。(补充材料)