个性化的大脑指纹可以帮助发现阿尔茨海默病的早期迹象

南卡罗来纳医科大学 (MUSC) 的神经科学家在Brain Connectivity 中报告说，他们发现患有临床前阿尔茨海默氏病 (AD) 的老年人的大脑功能存在细微差异。

患有临床前 AD 的成年人有最早的疾病迹象，例如大脑中淀粉样蛋白的积累。然而，他们没有明显的认知衰退症状。

由Andreana Benitez 博士领导的研究团队。和Stephanie Fountain-Zaragoza 博士 ，使用一种新颖的脑成像分析技术来构建大脑功能的个性化地图。然后，他们查看大脑功能的细微变化与认知能力下降之间是否存在联系，并使用基于行为的测试进行评估。这种方法可以提高研究 AD 临床前阶段的能力。

“之前的研究并未发现临床前 AD 患者的大脑功能与行为之间存在关联，”贝尼特斯说。“使用这些大脑功能的个体化图谱，我们发现了疾病早期阶段非常微妙的认知变化的潜在大脑原因。”

通过改进的大脑映射检测大脑功能的细微变化

对 AD 临床前阶段的研究可以帮助我们了解这种疾病是如何开始和发展的。然而，大脑功能的早期变化非常微妙，使研究具有挑战性。在南卡罗来纳州临床与转化研究所的试点项目资助下，MUSC 研究人员使用一种新形式的大脑映射来检测这些微妙的影响。

他们使用功能性连接组观察大脑活动——一种测量不同大脑区域如何相互交流的大脑图谱。Fountain-Zaragoza 说，把大脑想象成一个大城市，大脑区域聚集成由高速公路连接的社区。功能连接组就像观察整个城市的活动——每个社区内发生了多少事情，以及它们之间的交通流量如何。

研究人员依靠一种更新的、高度敏感的图像分析形式来了解这些街区在个体中的作用。这项技术——个性化功能连接组——是由他们的合作者Hesheng Liu 博士开发的。

传统的功能性连接体使用许多人大脑的平均值作为功能性大脑区域的地图。相比之下，刘的方法可以显示每个人大脑功能的独特模式。

“我们的大脑都有相同的功能部分，但它们的位置略有不同，有点像指纹，”Fountain-Zaragoza 说。“这种方法创建了一个个性化的大脑指纹，可以更准确地反映每个人大脑中不同功能区域的位置。”

将大脑功能的细微变化与行为联系起来

研究人员使用这种新颖的大脑指纹技术在 149 名年龄在 45 至 85 岁之间且没有认知衰退迹象的参与者中寻找大脑功能的细微变化。所有参与者都接受了大脑的 PET 扫描，并分为两组——有和没有 PET 扫描证据表明早期淀粉样蛋白 β 堆积。参与者还接受了 MRI 扫描，用于生成大脑指纹。

然后，研究人员测试了每组参与者在基于行为的信息处理测试中的表现。他们发现，大脑指纹的某些变化与具有 β 淀粉样蛋白积累或临床前 AD 的参与者的信息处理能力较差有关。

在患有临床前 AD 的参与者中，信息处理在那些网络间连接性比平常更强或大脑高速公路上活动过多的人中更差。相比之下，那些具有更高网络内连接性或大脑重要区域的大脑活动更多的人的信息处理更好。

Fountain-Zaragoza 说：“一个健康的大脑通常在其网络内部和网络之间具有平衡的连接性。” “我们发现，在临床前 AD 中——当大脑中存在淀粉样蛋白积聚时——这种平衡可能会被破坏，可能导致信息不再被有效处理。”

这项研究告诉我们什么

该研究表明，个性化的功能连接体可以检测到大脑功能的细微变化，而其他传统的大脑成像分析技术可能会遗漏这些变化。

它还表明，甚至在认知能力下降的症状变得明显之前，β-淀粉样蛋白积累的早期阶段就可能影响大脑网络的功能。

最后，它揭示了特定大脑网络内部和之间连接的变化可能表明信息处理的早期问题。因此，这种连通性不平衡可能是改善 AD 患者预后的良好治疗目标。

下一步

有了国家老龄化研究所的新拨款，Benitez 和 Fountain-Zaragoza 计划继续他们在临床前 AD 方面的工作。他们希望更多地关注大脑变化对疾病进展的影响程度，并探索可能有助于减缓疾病进展的新疗法，例如大脑刺激。

“有很多伟大的工作旨在帮助我们了解阿尔茨海默病的最早迹象和症状，”Fountain-Zaragoza 说。“这一工作领域对于了解疾病的全部范围并确定谁可能有患上这种疾病的风险非常重要。”