读文万卷020期:双回波动脉自旋标记对功能连接和大脑血流量之间关系的解码;休息时人类运动皮层中神经放电模式的回放

2020-05-26 14:58:33 浏览数 (1)

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1、Human Brain Mapping:双回波动脉自旋标记对功能连接和大脑血流量之间关系的解码

双回波动脉自旋标记((DE-ASL))的磁共振技术可以获得无创的大脑血流量(CBF)的加权图像及血氧水平。目前,尽管基于传统BOLD信号(cvBOLD信号)是最常用的磁共振信号刻画依据,但是依赖于大脑血流量波动的静息态功能连接依然存在很大的局限性。

本研究技术的开发主要有以下目的:1.评估DE-ASL技术在静息态功能连接中的作用,并将其与cvBOLD信号做对比。2.探索复杂网络与CBF技术相关信息的关系。

本研究收集了13个被试在3T磁共振仪器下伪连续的多层DE-ASL序列,并从中提取ASL伴随的BOLD信号(ccBOLD信号)。并对ccBLOD信号和传统的BOLD信号相关的功能连接和以此建立的网络进行建模和比较。数据分析结果显示,与cvBOLD相比,DE-ASL序列的ccBOLD部分提供了高度可比性的功能连接的结果。同时,ccBLOD构建的网络和及其对应指标与cvBOLD构建的存在差异。本研究提示,DE-ASL可以作为获得静息态功能连接的良好序列,同时其在单个磁共振实验无法测量的BOLD信号变化方面具有明显优势。

原文:Dual‐echo ASL contributes to decrypting the link between functional connectivity and cerebral blow flow

https://doi.org/10.1002/hbm.23804

2、Cell Reports:休息时人类运动皮层中神经放电模式的回放

之前的动物研究中发现,在睡眠中存在回放清醒时的神经放电模式--“离线回放”的现象,这被认为是记忆巩固的一种机制。来自麻省总医院的Jean-Baptiste Eichenlaub等人在Cell Reports发文,他们在两名参与者的脑内植入微电极并结合脑机接口(BCI, brain computer interfaces)的方法,通过记录两名参与者运动皮层的兴奋活动来测试人脑中的“回放”现象是否存在。

实验中要求参与者玩一种序列复制游戏--Simon,并让参与者在游戏开始前和结束后小憩。实验中加入控制条件,使重复序列与控制序列稀疏交错。结果发现,在休息时,大脑皮层再现了清醒时的神经放电模式,即参与者在睡觉时仿佛也在玩着之前的游戏,且重复序列比控制序列的准确性更高。该研究为人类大脑中与学习相关的“回放”提供了直接证据。

原文:Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex

DOI:doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107581

3、Brain Science: 脊髓功能核磁成像技术回顾

脊髓是大脑外灰质与白质组织较为富集的区域,因此一些基于灰白质的大脑的影像学研究就可以迁移到脊椎上,本文中Jocelyn M. Powers就针对脊髓的功能核磁影像研究进行了回顾。从脊髓fMRI技术的历史、发展、算法研究与应用等方面全面介绍了脊髓的功能成像技术。

当前脊髓的功能成像技术发展超过20年了,已经成为研究脊髓神经活动的可靠工具。我们从脊髓功能核磁成像技术的历史、发展、算法与应用等10个方面全面了解脊髓fMRI这项技术。由于在相对人体研究,模式动物在道德伦理上受到较少的伦理道德限制,基于动物研究的脊髓核磁成像技术与损伤研究为脊髓功能核磁成像技术发展提供了一个重要基础。脊髓fMRI技术由动物到健康人与患者的应用一般都采用任务态或静息态的模式采集数据。这些文献表明了研究设计与获取方法的发展趋势,其中大多数研究遵循基于任务的分块设计范式。因此我们在此对静息态fMRI技术与梯度回波EPI技术的异同进行研究。虽然这是一个新兴的技术,但是复杂的连接和网络分析不仅是可能的,而且在基于任务态和静息态的研究中也被证明是可靠且可重复的。尽管脊柱功能磁共振成像存在技术上的挑战,但本综述确定了已开发出的克服这些挑战的可靠解决方案。

原文:Ten Key Insights into the Use of Spinal Cord fMRI;

DOI:https://doi.org/10.3390/brainsci8090173

4、Journal of Child Psychology and Psychiatry:女性青春后期的脑结构连接与抑郁病史

女孩的抑郁症状通常发生在青春期,考虑到大脑白质(WM)在青春期逐渐成熟,Rajpreet Chahal等人研究了青春期晚期的结构连接模式是否与整个青春期抑郁症状严重程度的变化有关。对115名女孩(N=115),进行一项关于抑郁风险的多年前瞻性队列研究,结合在19岁时收集的WM图像,同时调查了10岁时的初始抑郁症严重程度(截距)和10-19岁之间的严重变化程度(斜率)。该研究得出结论青春期早期抑郁症状的越严重,随着时间的推移症状变得更严重,表明青春期晚期的结构连接性差异,特别是涉及认知和情绪处理区域的区域。

该研究一方面为临床过程与神经生物学之间的关系提供了基础,另一方面为青少年抑郁症的新治疗方法提供信息。

原文:Girls’ brain structural connectivity in late adolescence relates to history of depression symptoms

doi:10.1111/jcpp.13184

5、Lancet Neurol:阿尔兹海默诊断的脑脊液和血液生物标志

阿尔茨海默生物标志对于早期诊断非常重要。许多研究评估了三种用于诊断AD的核心脑脊液生物标志(Aβ42, T-tau, P-tau),其他的一些生物标志也在兴起。但目前尚无研究对这些生物标志的诊断性能进行荟萃分析。因此,本研究系统回顾了脑脊液和血液的15种生物标志,以评估哪些在AD患病过程中变化最大。

方法:作者在PubMed和Web of Science筛选出1984.7.1—2014.6.30发表的文章,这些文章反映了神经变性(T-tau, NFL,NSE, VLP-1, and HFABP)、APP代谢(Aβ42, Aβ40, Aβ38, sAPPα, and sAPPβ)、缠结病理(P-tau)、血脑屏障功能(白蛋白比)和神经胶质激活(YKL-40,MCP- 1和GFAP)。数据来自横断队列研究以及临床随访中纵向研究的基线测量。数据由10位作者提取,并由2位作者检查准确性。为了进行质量评估,使用修改后的QUADAS标准。

基于AD患者与对照组的生物标志浓度之比,或阿尔兹海默导致的轻度认知障碍与稳定轻度认知障碍者(至少2年没有进一步的认知下降)的生物标志浓度之比,进行随机效应荟萃分析,对生物标志的表现进行评级。

结果发现:包含15699例AD患者和13018例对照的231篇文章被纳入该分析。核心生物标志能很好地将AD患者与对照组区分开来:脑脊液T-tau(平均比2.54,95%CI 2.44-2.64,p <0.0001),P-tau(1.88,1.79-1.97,p <0.0001)和Aβ42(0.56,0.55-0.58,p <0.0001)。AD导致的轻度认知障碍与稳定轻度认知障碍也能很好地区分开来(CSF Aβ42的平均比率为0.67,P-tau的平均比率为1.72,T-tau的平均比率为1.76)。此外,脑脊液NFL(2.35,1.90-2.91,p <0.0001)和血浆T-tau(1.95,1.12-3.38,p = 0.02)对于区分对照组和AD患者有较大的效用。CSF NSE、VLP-1、HFABP和YKL-40效应中等(平均比率1.28-1.47)。其他生物标志的效应很小。

总的来说,神经退行性疾病的核心CSF生物标志(T-tau,P-tau和Aβ42),CSF NFL和血浆T-tau与阿尔茨海默密切相关,并且核心生物标志与阿尔茨海默引起的轻度认知障碍密切相关。新兴的脑脊液生物标志NSE、VLP-1、HFABP和YKL-40与AD有中等程度的相关性,而血浆Aβ42和Aβ40与之无关。由于CSF中的T-tau,P-tau,Aβ42和NFL具有一致性,因此应在临床实践和临床研究中使用。

原文:CSF and blood biomarkers for the diagnosis of Alzheimer’s disease: a systematic review and meta-analysis

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S1474-4422(16)00070-3

6、BRAIN:原发性进行性多发性硬化症的长期残疾进展:一项15年的研究

原发性进行性多发性硬化症演变的预后标志物是必需的。Maria A. Rocca等人在Brain杂志上发文,研究了与单纯的临床评估相比,脑和颈髓损伤的磁共振成像方法在预测原发性进行性多发性硬化症的长期临床恶化方面的附加价值。在54例患者中,在基线和15个月后进行了常规和弥散张量脑扫描和颈脊髓T1加权扫描。在5和15年后对49例患者进行了临床评估。从正常脑白质和灰质中获得病变负荷、脑和脊髓萎缩、平均扩散率和分数各向异性值。使用线性回归模型,筛选临床和影像学变量作为15年残疾变化的独立预测因子。15年后,90%的患者出现残疾进展。综合15个月的临床和影像学变量比综合5年的临床因素更能预测15年的残疾变化(R2 = 61%, R2 = 57%)。该模型预测了长期的残疾变化,与单独使用临床评估相比,临床和影像学手段的整合使识别出具有长期疾病进展风险的原发进行性多发性硬化症患者的时间提前了4年。

原文:Long-term disability progression in primary progressive multiple sclerosis: a 15-year study

doi:10.1093/brain/awx250

7、Brain:定量磁化率图可鉴定慢性多发性硬化病子集中的炎症

图示:两种边缘损伤在T2和QSM上的描绘

慢性活动性多发性硬化症病变——其特征是富含铁,活化的小胶质细胞和巨噬细胞的高强度边缘(rim)——与更大的组织损伤有关。验尸研究已经确定,慢性活动性病变主要与多发性硬化症的后期有关。然而,这些病变的发生及其与疾病早期的关系可能被大大低估了。在多发性硬化症患者范围内检测慢性活动性病变需要经过验证的成像工具,以准确识别具有持续性炎症的病变。定量磁化率图可对体内与铁沉积有关的磁磁化率变化进行有效的体内定量分析,并可以鉴定出带有铁载炎性细胞的病变。PET示踪剂11C-PK11195靶向活化小胶质细胞和浸润巨噬细胞表达的易位蛋白。因此,本研究旨在验证复发和进展期患者在定量磁化率图谱上具有高边缘的病变表现出在11C-PK11195 PET上测得的较高的先天免疫激活水平。这项研究招募了30例患者,其中24例复发缓解型多发性硬化症,6例进行性多发性硬化症,所有患者均伴有MRI,梯度回波序列和11C-PK11195 PET。总共检测到406个慢性病灶,在定量磁化率图谱上有43个具有高强度边缘的慢性病灶被鉴定为边缘 病灶。与边缘-病变相比,边缘 的易感性更高。在边缘 病变中,边缘内的磁化率比核心高得多,与铁的存在一致。在混合效应模型中,代表边缘小胶质细胞/巨噬细胞的11C-PK11195摄取比边缘损害高。为验证该研究的体内成像结果,对多发性硬化性脑板进行了定量磁化率成像,并进行了免疫组织化学处理。这些结果显示在整个边缘 病变的高强度超边界处出现了一个易位蛋白信号,该信号与含CD68 小胶质细胞和巨噬细胞的铁共定位。总之,这项研究提供了证据,表明慢性病变内定量磁化率测量的高强度边缘与持续性炎症活动相关,并且这些病变可在复发患者中发现。利用定量磁化率方法来区分慢性多发性硬化病变亚型,尤其是慢性活动性病变,将提供一种评估这些病变对疾病进展影响的方法。

原文:Quantitative susceptibility mapping identifies inflammation in a subset of chronic multiple sclerosis lesions

doi:10.1093/brain/awy296

sf

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