自闭症儿童脑皮下核团的结构共变

以下文章来源于PHI group ，作者PHI

    皮下核团的异常是自闭症谱系障碍(ASD)影响众多行为的重要脑区，这些区域可能经历非典型协调的神经发育。然而，对患有自闭症的儿童皮下核团之间的形态学相关性知之甚少。本研究揭示了ASD儿童皮下核团的远程结构共变减弱，而局部结构共变增强，突出了ASD儿童皮质下区域之间的协调发育或同步成熟的异常。
自闭症儿童脑皮下核团的结构共变
作者：Xujun Duan, Runshi Wang, Jinming Xiao, Ya Lia, Xinyue Huang, Xiaonan Guo, Jing Cao, Liyao He, Changchun He, Zihan Ling, Xiaolong Shan, Heng Chen, Xiaodong Kang, Huafu Chen
01

回答什么问题？
自闭症儿童的脑结构中皮下核团的结构共变；
自闭症儿童的脑结构中存在的异常的皮下核团的结构共变是否可以预测症状严重程度；
自闭症儿童与健康儿童皮下核团体积是否存在显著差异。
02

如何回答？
用freesurfer分割7对皮下核团；
结构共变的分析：计算7对皮下核团的偏相关（14*14），将年龄、性别、脑总体积作为协变量，得出的偏相关系数R，Fisher'z转换后进行Z检验，最后FDR校正；
为了得到自闭症组和健康组中个体水平上对结构共变的贡献，提出了partial p的概念：
partial p = Zx*Zy = (x-mean(x) / sd(x) * (y-mean(y) / sd(y），使用支持向量机回归模型(SVR)估计每个被试的症状，计算估计的症状分数与真实的症状分数的相关系数，该相关系数表示结构共变对于症状预测的准确性；
用常规t检验计算自闭症组和健康组两组的皮下核团体积大小的差异。
03

用什么证据回答？
结构共变的结果：自闭症组和健康组两组，均可以观察到异侧的皮下核团的结构共变多于同侧的皮下核团结构共变（图1）；
相比与健康组，自闭症组的左侧丘脑-右侧丘脑（z=−3.04，p=0.021）、左侧苍白球-右侧伏隔（z=−2.65，p=0.024）、左侧伏隔核-右侧苍白球（z=−2.41，p=0.036）的共变关系是减弱的，而右侧苍白球-右侧壳核（z=2.83，p=0.021）的共变关系是增强的（图2和表1）。
 皮下核团是大脑皮层与外周神经的枢纽，说明自闭症患者的皮下核团包括丘脑、苍白球、伏隔核的长距离神经活动综合处理能力可能是减弱的，而局部神经活动可能是增强的（图3）。

2. 自闭症组的左侧丘脑-右侧丘脑、左侧苍白球-右侧伏隔核、左侧伏隔核-右侧苍白球、右侧苍白球-右侧壳核的共变关系在一定程度上是可以预测自闭症儿童的症状（表2和图4）；
左侧丘脑-右侧丘脑结构共变减弱对沟通障碍的预测作用较弱(p=0.045，未校正)，左侧伏隔核-右侧苍白球结构共变减弱对沟通障碍(p=0.018，未校正)和社会加沟通障碍(p=0.005，未校正)预测较弱，左侧苍白球-右侧伏隔核的结构共变增强对社交功能障碍预测较弱(p=0.048，未校正)；
 四种异常连接结合可以预测ASD的症状严重程度、沟通障碍(p=0.0014，q<0.05 Bonferroni校正)和重复和刻板印象行为(p=0.0024，q<0.05 Bonferroni校正)。

04
结论
 对于自闭症儿童，皮下核团的结构共变是异常的：左侧丘脑-右侧丘脑、左侧苍白球-右侧伏隔核、左侧伏隔核-右侧苍白球等三组的共变关系异常减弱，而右侧苍白球-右侧壳核的共变关系异常增强，可能提示自闭症患者神经发育异常；
同时，异常的结构共变关系在一定程度上可以预测自闭症儿童的症状。而不同的结构共变预测的症状不一，提示皮下核团对于自闭症中不同临床表现的影响并非一致。

05
主要问题
MRI采集过程中，TD组为平躺看卡通，ASD组则用镇静剂；
仅采集了部分ASD患者的ADOS，样本量较小；
自闭症儿童没有测量韦氏智力量表，而健康组儿童均测量了韦氏智力量表，他们在智力上的差异可能是混杂因素；
ML预测可能对partial p较大的被试更准确。

06
有什么启发？
本文通过对相关系数的分解，获得只能用于单组内的个体贡献量化的partial rho， 反映了“个体对组内structual covariance”的贡献。但partial rho在组间无法比较，对总体样本的解释意义不明确。

07
原文Duan, X., Wang, R., Xiao, J., Li, Y., Huang, X., Guo, X., ... & Chen, H. (2020). Subcortical structural covariance in young children with autism spectrum disorder.. Progress in Neuro-psychopharmacology & Biological Psychiatry,.
https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2020.109874

主讲&翻译：刘静静
编辑：谢舒琪
审校：杨   志
文字：PHI课题组

  心理健康与脑影像研究组致力于神经影像数据科学和儿童青少年精神障碍的神经影像研究。研究方向为：        
（1） 神经影像数据科学：面向临床应用，发展神经影像数据的统计和机器学习方法。目前研究项目涉及影像数据驱动的个体分类、利用自然刺激范式识别精神疾病、大规模神经影像数据库的构建和数据挖掘。        
（2） 儿童青少年精神障碍与脑发展异常：从脑发展异常角度研究儿童青少年精神障碍的脑异常、客观诊断指标和干预方法。目前研究项目涉及8-17岁儿童青少年焦虑障碍的脑影像队列研究。