Nature：前纹状体显著网络的拓扑变化：抑郁症早期标志与症状预测的新突破

Nature：前纹状体显著网络的拓扑变化：抑郁症早期标志与症状预测的新突破

抑郁症是一种常见的精神疾病，影响着全球数亿人口。近年来，神经影像学研究在抑郁症诊断和治疗中发挥着越来越重要的作用。2024年9月4日，Nature发表了一篇重要研究，揭示了抑郁症患者大脑中前纹状体显著网络的拓扑变化特征，为抑郁症的早期诊断和治疗提供了新的线索。

研究背景

抑郁症是一种异质性较强的神经精神综合症，常伴随突发性情绪波动，已成为全球主要的致残性疾病之一。尽管神经影像学研究已揭示抑郁症患者的大脑结构和连接存在轻微差异，但这些差异难以提供明确的机制洞见，也未能成为识别抑郁症发病风险的有力标志。

近年来，精准功能图谱(precision functional mapping)作为一种新兴技术，基于密集的纵向神经影像数据，展示了大脑网络拓扑及连接在个体之间存在显著差异，并与行为变化紧密相关。然而，精准功能图谱尚未广泛应用于抑郁症的研究中。

研究方法

9月4日发表在Nature上的研究“Frontostriatal salience network expansion in individuals in depression”，通过应用精准功能图谱技术，分析了抑郁症患者前纹状体显著网络(frontostriatal salience network)的拓扑变化。研究采用了多回波功能磁共振成像（multi-echo fMRI）技术，以提高数据的信噪比和图像质量。研究通过两大数据集收集数据，分别为Stanford University和Weill Cornell Late-onset Depression数据集。

Stanford University数据集：使用GE SIGNA 3T机器采集的fMRI数据（TR: 1330 ms; TE1: 13.7 ms，TE2: 31.60 ms，TE3: 49.50 ms，TE4: 67.40 ms），每次扫描获取338个影像体积，总共时长为7分30秒。每次扫描前采集反向相位编码的自旋回波EPI图像。T1加权和T2加权解剖图像也在每次扫描结束时获取。

Weill Cornell Late-onset Depression数据集：使用Siemens Magnetom Prisma 3T机器采集的fMRI数据，采集时长为10分钟38秒（TR: 1300 ms; TE1: 12.60 ms，TE2: 29.51 ms，TE3: 46.42 ms，TE4: 63.33 ms）。

研究发现

研究发现，抑郁症患者的显著网络（salience network, SAL）显著扩展，尤其是前纹状体显著网络的区域几乎占据了健康对照组两倍的大脑皮层面积（从3.17%扩展至5.71%）。这种扩展不仅体现在网络边界的移动上，还包括异位入侵现象，即显著网络出现在大脑中非典型区域的孤立斑块。

抑郁症患者前纹状体显著网络（frontostriatal salience network）的显著扩展（Credit: Nature）

研究进一步发现，这种网络扩展在时间上保持稳定，不受情绪状态的影响，且在儿童时期即可检测到，提示其可能是抑郁症风险的稳定标志。此外，研究还发现，前纹状体回路连接的变化与特定症状的波动密切相关，能够预测未来快感缺失(anhedonia)等症状的出现。

通过聚类分析，研究揭示了显著网络扩展的三种主要模式。这些模式涉及前顶叶网络（frontoparietal network, FP）、默认模式网络（default mode network, DMN）和皮层操作网络（cingulo-opercular network, CO）的不同受影响程度。

抑郁症患者显著网络（salience network）扩展的三种模式（Credit: Nature）

研究还发现，显著网络的扩展在抑郁症患者中是稳定的，不随着时间或情绪状态的变化而改变。无论患者处于抑郁期还是情绪缓解期，显著网络的面积在多个时间点的扫描中保持一致。这表明显著网络的扩展是抑郁症患者的一个持续性特征，而不是短期情绪波动的结果。

症状预测

通过纵向数据分析，研究发现，显著网络的拓扑变化与抑郁症症状，如快感缺失（anhedonia）和焦虑的波动有显著关联。特别是前纹状体-腹侧扣带回的功能连接变化可以预测未来症状的严重程度。

前纹状体显著网络（frontostriatal salience network）的功能连接与抑郁症患者快感缺失（anhedonia）和焦虑（anxiety）症状波动之间的关系（Credit: Nature）

研究通过对深度采样的抑郁症患者进行纵向扫描，发现前纹状体显著网络的功能连接强度与快感缺失症状的波动密切相关。特别是，核杏仁（nucleus accumbens, NAc）与前扣带回（anterior cingulate cortex, ACC）之间的功能连接变化与快感缺失症状的严重程度成负相关，即功能连接越弱，快感缺失症状越严重。此外，这种连接变化不仅与当前的症状有关，还可以预测未来一段时间内快感缺失症状的变化。

结论与展望

前纹状体显著网络的拓展现象不仅揭示了抑郁症患者在大脑网络上的显著改变，还为未来的个性化诊断和治疗提供了新的线索。通过精准功能图谱（precision functional mapping）技术，研究不仅揭示了抑郁症个体之间的显著差异，也展示了如何通过网络拓扑变化预测症状的发展。未来，这一发现有望成为抑郁症早期诊断和治疗的新标志，并可能帮助识别对治疗反应较差的患者。

参考文献

Lynch CJ, Elbau IG, Ng T, Ayaz A, Zhu S, Wolk D, Manfredi N, Johnson M, Chang M, Chou J, Summerville I, Ho C, Lueckel M, Bukhari H, Buchanan D, Victoria LW, Solomonov N, Goldwaser E, Moia S, Caballero-Gaudes C, Downar J, Vila-Rodriguez F, Daskalakis ZJ, Blumberger DM, Kay K, Aloysi A, Gordon EM, Bhati MT, Williams N, Power JD, Zebley B, Grosenick L, Gunning FM, Liston C. Frontostriatal salience network expansion in individuals in depression. Nature. 2024 Sep 4. doi: 10.1038/s41586-024-07805-2. Epub ahead of print. PMID: 39232159.

https://www.nature.com/articles/d41591-024-00013-5

来源：生物探索