Мета

Nov 27, 2023

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1056 (2022) Цитировать эту статью

2501 Доступов

1 Цитаты

24 Альтметрика

Подробности о метриках

Коннектомы человеческого мозга включают наборы плотно связанных узловых областей. Однако согласованность и воспроизводимость функциональных хабов коннектома на сегодняшний день не установлена, а генетические сигнатуры, лежащие в основе надежных хабов, остаются неизвестными. Здесь мы проводим всемирный гармонизированный метаконнектомный анализ, объединяя данные функциональной МРТ в состоянии покоя 5212 здоровых молодых людей из 61 независимой когорты. Мы идентифицируем высокосогласованные и воспроизводимые центры коннектома в гетеромодальных и унимодальных регионах как в группах, так и среди отдельных людей, при этом наибольшие эффекты наблюдаются в латеральной теменной коре. Эти концентраторы имеют разнородные профили подключения и имеют решающее значение как для внутрисетевых, так и для межсетевых коммуникаций. Используя наборы данных посмертных транскриптомов, мы показываем, что по сравнению с не-концентраторами коннектомные концентраторы имеют пространственно-временной отличительный транскриптомный паттерн, в котором доминируют гены, участвующие в сигнальном пути нейропептидов, процессах нейроразвития и метаболических процессах. Эти результаты подчеркивают надежность макроскопических узлов коннектома и их потенциальной клеточной и молекулярной основы, что заметно расширяет наше понимание того, как концентраторы коннектома возникают в процессе развития, поддерживают сложное познание в состоянии здоровья и участвуют в заболеваниях.

Исследования функционального картирования коннектома выявили наборы плотно связанных областей в крупномасштабных сетях человеческого мозга, которые известны как концентраторы1. Коннектомные концентраторы играют решающую роль в глобальной мозговой коммуникации1,2 и поддерживают широкий спектр когнитивных процессов, таких как рабочая память3 и семантическая обработка4. Все больше данных свидетельствует о том, что именно эти тесно связанные между собой центры головного мозга преимущественно являются мишенью многих нервно-психических расстройств5,6,7,8, что дает важные подсказки для понимания биологических механизмов расстройств и установления биомаркеров для диагностики заболеваний8,9 и оценки лечения10 (ссылки 1, 2,11,12 для отзывов).

Несмотря на такую ​​важность, среди существующих исследований существуют значительные несоответствия в анатомическом расположении функциональных центров коннектома. Например, о компонентах сети режима по умолчанию (DMN) часто сообщалось как о концентраторах коннектома, однако пространственная структура сильно варьируется в разных исследованиях. В частности, несколько исследований показали наличие сильно связанных узлов в латеральных теменных областях DMN7,8,13,14, тогда как другие сообщили о срединных структурах DMN15,16,17,18,19. В нескольких работах первичные сенсомоторные и зрительные области идентифицированы как центры коннектома13,14,16,17,18,19, однако другие не повторили эти результаты7,8,15. Подкорковые области, такие как таламус и миндалевидное тело, также непоследовательно назывались центральными8,15,16,18 и нецентральными7,13,14,17,19. Таким образом, на сегодняшний день сложно установить согласованность и воспроизводимость функциональных концентраторов коннектома, что можно объяснить неадекватным размером выборки и различиями в сканере визуализации, протоколе визуализации, обработке данных и стратегиях анализа коннектома. Здесь мы стремились создать гармонизированную модель метаанализа для выявления надежных функциональных центров коннектома у здоровых молодых людей путем объединения нескольких когорт с едиными протоколами для обеспечения качества данных, обработки изображений и анализа коннектомов.

Как только надежные центры коннектома будут идентифицированы, мы продолжим изучение их генетических сигнатур. Было хорошо продемонстрировано, что архитектура коннектома человеческого мозга наследуется, например, функциональная связность DMN20 и оптимизация экономической эффективности21. Более того, функциональные коннектомы могут регулироваться генотипическими вариациями как во время покоя22, так и при выполнении когнитивных задач23, особенно с участием DMN22,23 и лобно-теменной сети (FPN)23. Все больше данных также указывает на пространственное соответствие между транскриптомными профилями и архитектурой коннектома 24,25,26 (ссылка 27 для обзора). Таким образом, мы пришли к выводу, что надежные макроскопические концентраторы коннектома могут быть связаны с микроскопическими генетическими сигнатурами. Выяснение этих генетических особенностей существенно поможет нам понять, как центры коннектома возникают в процессе развития, функционируют в сложном познании и участвуют в заболеваниях.