心理所合作研究揭示抑郁癥患者腦網絡拓撲特征

　　拓撲特征是指由點和點之間的連接組成的網絡的特點。已有研究發現，人腦功能網絡存在著獨特的拓撲特征，具體表現為在整體和局部都具有較高連接效率的“小世界”特點。前人的多項研究均嘗試尋找抑郁癥患者的腦功能網絡的拓撲特征異常，然而，這些研究的結果并不一致，制約了這些成果向臨床的進一步轉化。已有研究普遍采用小樣本設計（每組N < 60）是導致這些不一致結果的重要因素。

　　針對這一挑戰，中國科學院行為科學重點實驗室嚴超贛研究組牽頭啟動了抑郁癥靜息態功能磁共振成像多中心數據薈萃分析(REST-meta-MDD)計劃，組建了抑郁癥腦影像大數據聯盟，自2017年3月連續召開了系列“抑郁癥靜息態功能磁共振多中心數據薈萃分析會議”。目前，聯盟一期已經成功匯聚了來自17 家醫院25個抑郁癥研究組的 1300 例抑郁癥患者和 1128 例正常對照數據，建成了目前世界上最大的抑郁癥靜息態功能磁共振成像數據庫，并將數據脫敏后向全球研究者開放共享（Yan et al., 2019）。

　　基于該數據庫樣本數據，嚴超贛研究組聯合包括浙江大學醫學院第一附屬醫院在內的17家抑郁癥腦影像大數據聯盟單位開展合作研究，探究抑郁癥患者靜息態腦網絡拓撲特征的異常，對抑郁癥患者的腦功能網絡的拓撲特征進行了細致分析。研究首先使用標準化的腦成像數據預處理流水線（DPARSF）對來自不同站點的腦成像數據進行統一預處理，隨后使用模板提取大腦不同位置的BOLD信號時間序列，并計算這些時間序列之間的皮爾遜相關系數作為功能連接。該研究使用一個范圍內的多個閾限來構建最終的腦功能網絡，并計算這些閾限下計算出的拓撲指標的曲線下面積作為最終的指標。統計模型使用線性混合模型以控制站點效應。相關計算流程已集成在嚴超贛研究組新發布的腦網絡與圖論分析軟件DPABINet中。

　　該研究著眼于兩個關鍵指標：全局效率和局部效率。結果表明，抑郁癥患者的腦功能網絡的全局效率和局部效率相較于健康對照顯著降低（圖1）。進一步的分析表明，抑郁癥患者的感覺運動網絡、背側注意網絡等腦區的節點效率、Degree等指標相較于健康對照顯著降低，并且這種差異主要在復發患者中存在，在首發未用藥患者中則未發現顯著差異（圖2）。

圖1.抑郁癥患者相較于健康對照腦功能網絡的全局和局部效率減低

圖2. 抑郁癥患者亞組腦功能網絡拓撲屬性差異

　　腦功能網絡的高效率是個體成功應對復雜多變的外部環境時必備的條件。該研究結果提示，抑郁癥患者腦功能網絡的連接效率相較于健康對照顯著下降，這可能讓患者無法有效地應對復雜的外部環境，讓其在遭遇負性生活事件時無法進行有效的調節，最終導致抑郁。該研究使用可重復性高的研究方法并在一個大樣本中發現抑郁癥患者相對于健康對照腦功能拓撲特征的異常，為這一領域提供了有力的實證證據，為進一步的臨床轉化打下了堅實的基礎。

　　未來，嚴超贛研究組將進一步加強與國際知名薈萃分析增強神經影像遺傳學聯盟（ENIGMA）的合作，進一步匯聚來自不同人種和文化的數據庫，探究抑郁癥的跨文化差異。在此基礎上采用深度學習和遷移學習算法訓練抑郁癥患者與健康對照神經網絡分類器，為最終確立應用于抑郁癥臨床診療的生物學指標奠定基礎。

　　該研究目前已在線發表于Nature旗下期刊Molecular Psychiatry。浙大一院楊虹、心理所陳驍和浙大一院陳作兵為共同第一作者，心理所研究員嚴超贛為通訊作者。

　　該研究受到國家重點研發計劃(2017YFC1309902)、國家自然科學基金(81671774，81820108018, 81630031)、抑郁癥靜息態功能磁共振成像特色數據庫（二期）(XXH13505-03-213)、中國科學院重點部署項目(ZDBS-SSW-JSC006)、北京市科技新星(Z191100001119104)、中國科學院心理研究所科研啟動經費(Y9CX422005)、中國博士后科學基金(2019M660847)、金華重點科技研發計劃（2020-3-016）、科技部重點研發計劃（2019YFC0121003）、浙江省基礎公共衛生研發計劃（LGF20H090013）、北京師范大學領軍人才啟動基金和國家基礎學科公共科學數據中心（NBSDC-DB-15）等的資助。

　　論文信息：

　　Yang, H.#, Chen, X.#, Chen, Z.-B.#, …, Yan, C.-G.* (2021). Disrupted intrinsic functional brain topology in patients with major depressive disorder. Molecular Psychiatry, doi:10.1038/s41380-021-01247-2.

　　參考文獻：

　　Yan, C.G.*, Chen, X., Li, L., …, Zhao, J.P.*, Zang, Y.F.* (2019). Reduced default mode network functional connectivity in patients with recurrent major depressive disorder. Proc Natl Acad Sci U S A, 116(18), 9078-9083, doi:10.1073/pnas.1900390116