人脑异常的结构-功能耦合及其相互作用在神经精神障碍的病理学机制中发挥了重要作用。2024年3月12日，北京师范大学心理学部认知神经科学与学习国家重点实验室隋婧课题组与重庆医科大学附属第一医院周新雨课题组合作，在JAMA Network Open在线发表了题为“Reconfiguration of Structural and Functional Connectivity Coupling in Patient Subgroups With Adolescent Depression”的研究论文。该研究基于临床青少年抑郁症患者的多模态磁共振影像数据，通过定义更精确的结构−功能(SC−FC)耦合指标以及严谨的统计分析，系统探讨了青少年抑郁症及其伴不同环境风险暴露和具有不同临床特征的亚组中结构−功能耦合的重构方式。本研究为进一步理解青少年抑郁的神经生物学基础及其在具有自杀倾向、自伤、重大生活事件暴露等亚组的诊疗中开发更精确的治疗靶点提供了新的视角。
重度抑郁症(MDD)影响大约4—8%的青少年人群[1]。与成人MDD相比，青少年MDD对个体未来发展的潜在破坏性更大，发生自杀和自伤行为的风险更高，但有效治疗手段却更加匮乏。进一步探索青少年抑郁症的神经生物学机制已经成为临床神经科学关注的重要问题。然而，以往的关于青少年抑郁症的研究往往对不同模态的神经影像数据进行独立分析再比较，忽略了神经病理学中脑结构与脑功能潜在的交互作用异常，及其在多种精细临床亚组中的表征。
针对上述问题，本研究利用168例首发青少年抑郁症患者和101例健康青少年被试(10-18岁)的弥散磁共振影像(dMRI)和静息态功能影像(fMRI)数据，分析了在青少年MDD及其在五种临床亚组中结构-功能耦合的异常变化，包括伴3种逆境暴露(即伴重大生活事件[如父母离异等]、伴童年创伤和伴校园欺凌)和伴2种行为症状(即伴自杀尝试、伴非自杀性自伤行为)。分析流程如图1所示。
图1 青少年抑郁脑结构−功能耦合研究的分析流程
结果显示(如图2所示)，在健康对照大脑中，基于脑结构连接(SC)特征主成分预测的脑区FC与实际的脑区FC存在较高的一致性(平均SC-FC耦合[SD]：0.337[0.056])。并且，与以往研究一致，SC−FC耦合在整个大脑中变化幅度明显。组间比较的结果显示，青少年MDD在18个大脑亚区表现出显著的SC−FC耦合增强。这些亚区主要涉及视觉网络和默认模式网络，尤其包括双侧腹内侧顶枕沟、左吻侧舌回和右腹侧后扣带回等区域。
图 2 青少年抑郁症患者和健康人大脑SC−FC耦合的组间差异分析
在5个青少年MDD亚组中的比较显示，腹内侧枕叶、丘脑、楔前叶和扣带的SC−FC耦合的均相比正常对照增加。更重要的是，研究发现了MDD亚组特异性的SC−FC耦合改变(图3)。尤其是在伴自杀尝试的MDD亚组中，海马旁亚区的SC−FC耦合表现出独特的降低；而在伴重大生活事件暴露的MDD亚组中，我们观测到更广泛的额叶−边缘回路的SC−FC耦合升高。
图 3 SC−FC耦合在有自杀倾向和重大生活事件暴露的MDD亚组存在特异性改变(灰色bar)
更进一步，通过网络富集分析，本研究发现与抑郁症HAMD-17症状评分以及HAMA评分显著相关的脑区倾向于集中在视觉网络和默认模式网络，进一步支持了组间比较和亚组分析的结果(图4)。
图 4 人脑SC−FC耦合与青少年抑郁症临床症状的关联分析
综上，本研究通过整合不同的连接模式，首次报道了青少年MDD默认网络和视觉网络的核心节点的SC−FC耦合的显著升高，并分别在伴自杀未遂的抑郁症亚组和伴重大生活事件暴露的抑郁症亚组中观测到特异性的海马旁回SC−FC耦合降低和额叶−边缘SC−FC耦合升高。本研究的结果进一步强调了大脑SC−FC耦合之间的相互作用和外部环境[2]对于理解青少年抑郁症神经生物学机制复杂性的重要意义。
本文的第一作者为中国科学院自动化研究所的胥铭博士，重庆医科大学附属第一医院的李雪梅博士和滕腾博士为共同第一作者，通讯作者为北京师范大学的隋婧教授和重庆医科大学附属第一医院的周新雨教授。本研究受到科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、中国博士后基金和北京师范大学等项目的资助支持。
论文信息：
Xu M, Li X, Teng T, Huang Y, Liu M, Long Y, Lv F, Zhi D, Li X, Feng A, Yu S, Calhoun V, Zhou X* and Sui J* (2024). Reconfiguration of structural and functional connectivity coupling in patient subgroups with adolescent depression. JAMA Network Open. 2024. 7(3): e241933. (IF 13.8)
论文链接：https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2815946
参考文献：
[1] Zhou X, Teng T, Zhang Y, et al. Comparative efficacy and acceptability of antidepressants, psychotherapies, and their combination for acute treatment of children and adolescents with depressive disorder: a systematic review and network meta-analysis. Lancet Psychiatry. 2020;7(7):581-601.
[2] Zhi D, Jiang R, et al. Triple interactions between the environment, brain, and behavior in children: An ABCD study. Biol Psychiatry. 2023. DOI: 10.1016/j.biopsych.2023.12.019.
