Smegenų struktūrinio sujungimo modeliai skiria normalų svorį nuo antsvorio turinčių asmenų (2015)

Eiti į:

Abstraktus

fonas

Inkstų elgesio hedoninio komponento pokyčiai buvo įtraukti kaip galimas rizikos faktorius antsvorio ir nutukusių asmenų patofiziologijoje. Neurodating įrodymai iš asmenų, kuriems padidėja kūno masės indeksas, rodo struktūrinius, funkcinius ir neurocheminius pokyčius išplėstiniame atlyginimų tinkle ir susijusiuose tinkluose.

Tikslas

Taikyti daugiamatę modelio analizę, kad būtų galima atskirti normalaus svorio ir antsvorio dalykus, remiantis pilkos ir baltos medžiagos matavimais.

Metodai

Struktūriniai vaizdai (N = 120, antsvoris N = 63) ir difuzijos tenzoriaus vaizdai (DTI) (N = 60, antsvoris N = 30) buvo gauti iš sveikų kontrolinių asmenų. Bendros imties antsvorio grupės (moterys = 32, vyrai = 31) amžiaus vidurkis buvo 28.77 metai (SD = 9.76), o normalaus svorio grupėje (moterys = 32, vyrai = 25) - 27.13 metų (SD = 9.62) ). Smegenų vaizdų regioninis segmentavimas ir parcellavimas buvo atliekamas naudojant „Freesurfer“. Siekiant išmatuoti normalizuotą pluošto tankį tarp regionų, buvo atlikta deterministinė traktografija. Siekiant ištirti, ar smegenų matai gali atskirti antsvorį nuo normalaus svorio asmenų, buvo naudojamas daugiamatės modelio analizės metodas.

rezultatai

1. Baltųjų medžiagų klasifikavimas: Klasifikavimo algoritmas, pagrįstas 2 parašais su 17 regioniniais ryšiais, pasiekė 97% tikslumą diskriminuojant viršsvorį turinčius asmenis nuo normalaus svorio asmenų. Abiejų smegenų parašų atveju, padidėjęs pluošto tankis, buvo pastebėtas didesnis ryšys, palyginti su normaliu svoriu tarp premijų tinklo regionų ir vykdomosios kontrolės, emocinių susijaudinimo ir somatosensorinių tinklų regionų. Priešingai, priešpriešinis modelis (sumažėjęs pluošto tankis) nustatytas tarp ventromedial prefrontalinės žievės ir priekinės insulės, taip pat tarp thamamus ir vykdomosios kontrolės tinklo regionų. 2. Pilkosios medžiagos klasifikacija. Klasifikavimo algoritmas, pagrįstas 2 parašais su 42 morfologinėmis savybėmis, pasiekė 69% tikslumą diskriminuojant viršsvorį nuo normalaus svorio. Abiejose smegenyse buvo susieti atlyginimų, atminimo, vykdomosios kontrolės ir emocinių susijaudinimo tinklų regionai sumažinti morfologinės reikšmės antsvorio turintiems asmenims, lyginant su normaliais svorio asmenimis, tuo tarpu somatosensorinio tinklo regionuose buvo pastebėtas priešingas modelis.

Išvados

1. Padidėjęs KMI (ty antsvorį turintys asmenys) siejasi su smegenų ir pluošto tankio pokyčiais. 2. Klasifikavimo algoritmai, pagrįsti baltųjų medžiagų ryšiu, apimančiu atlygio ir susijusių tinklų regionus, gali nustatyti konkrečius mechanistinių tyrimų tikslus ir būsimą vaistų kūrimą, skirtą nenormaliam inkstų elgesiui ir antsvoriui / nutukimui.

Raktiniai žodžiai: Nutukimas, antsvoris, morfologinė pilka, anatominė baltumo jungtis, Apdovanojimo tinklas, Daugiamatė analizė, Klasifikavimo algoritmas
Santrumpos: HC, sveika kontrolė; KMI, kūno masės indeksas; HAD, ligoninės nerimas ir depresijos skalė; TR, kartojimo laikas; TE, aidėjimo laikas; FA, pasvirimo kampas; GLM, bendrasis linijinis modelis; DWI, difuzijos svertiniai MRT; FOV, regėjimo laukas; GMV, pilkosios medžiagos kiekis; SA, paviršiaus plotas; CT, žievės storis; MC, vidutinis kreivumas; DTI, difuzijos tenzoriaus vaizdavimas; FAKTAS, pluošto priskyrimas nuolatiniu stebėjimu; SPSS, statistikos paketas socialiniams mokslams; ANOVA, dispersijos analizė; FDR, klaidingas atradimas; sPLS-DA, nedideli daliniai mažiausiai kvadratai diskriminacijai analizuoti; VIP, kintama svarba projekcijai; PPV, teigiama nuspėjamoji vertė; NPV, neigiama prognozinė vertė; VTA, ventralinė tegmentalinė sritis; OFG, orbitofrontal gyrus; PPC, užpakalinė parietinė žievė; dlPFC, dorsolaterinė prefroninė žievė; vmPFC, ventromedinė prefrontalinė žievė; aMCC, priekinė vidurinė cingulinė žievė; sgACC, subgenualinė priekinė cingulinė žievė; ACC, priekinė cingulinė žievė

1.0. Įvadas

Pasaulio sveikatos organizacijos vertinimu, beveik pusė milijardo suaugusiųjų yra nutukę ir daugiau nei du kartus daugiau suaugusiųjų turi antsvorį, o tai prisideda prie tokių ligų kaip diabetas, širdies ir kraujagyslių ligos ir vėžio padidėjimas, ir tai lemia mažiausiai 2.8 milijonų asmenų mirtį kiekvienais metais (Pasaulio sveikatos organizacija (PSO), 2014). Vien tik Amerikoje iki 34.9% suaugusiųjų yra nutukę ir du kartus daugiau suaugusiųjų (65%) yra antsvorio ar nutukę (Ligų kontrolės centras (CDC), 2014). Antsvorio ir nutukimo ekonominė ir sveikatos našta toliau didina sveikatos priežiūros išlaidas iki $ 78.5 mlrd.Finkelstein ir kt., 2009) ir milijardai dolerių ir toliau išleidžiami neveiksmingiems gydymo būdams ir \ tLoveman ir kt., 2011; Terranova ir kt., 2012). Nepaisant įvairių pastangų siekiant nustatyti pagrindinę antsvorio ir nutukimo patofiziologiją, dabartinis supratimas lieka nepakankamas.

Tiek aplinkos, tiek genetiniai veiksniai atlieka svarbų vaidmenį kuriant žmones, kurie yra antsvorio ir nutukę (Calton ir Vaisse, 2009; „Choquet“ ir „Meyre“, „2011“; Dubois ir kt., 2012; El-Sayed Moustafa ir Froguel, 2013). Naujausi neuromografiniai tyrimai parodė, kad didesnis kūno masės indeksas (KMI) siejamas su funkcinių pokyčių (užduoties ir poilsio būsena) (Connolly ir kt., 2013; Garcia-Garcia ir kt., 2013; Kilpatrick ir kt., 2014; Kullmann ir kt., 2012), pilkosios medžiagos morfometrija (Kurth ir kt., 2013; Raji ir kt., 2010) ir baltos medžiagos savybės (Shott ir kt., 2014; Stanek ir kt., 2011), rodo galimą smegenų vaidmenį antsvorio ir nutukimo patofiziologijoje (Das, 2010). Šie tyrimai iš esmės susiję su atlygio tinklo regionais (Kenny, 2011; Volkow ir kt., 2004; Volkow ir kt., 2008; Volkow ir kt., 2011) ir trys glaudžiai susiję tinklai, susiję su \ tGarcia-Garcia ir kt., 2013; Morrow ir kt., 2011; Seeley ir kt., 2007a), vykdomoji kontrolė (Seeley ir kt., 2007b) ir emocinis susijaudinimas (Menon ir Uddin, 2010; Zaldas, 2003) (Pav 1).

Pav 1 

Atlygio tinklo ir susijusių tinklų regionai. 1. Apdovanojimo tinklas: hipotalamas, orbitofrontalinė žievė (OFC), branduolys accumbens, putamenas, ventralinis tegmentalinis plotas (VTA), materia nigra, vidutinio smegenų regionai (caudatas, pallidumas, hipokampas). 2. Įdomumas ...

Šiuo tyrimu buvo siekiama išbandyti bendrą hipotezę, kad šių tinklų regionų tarpusavio sąveika skiriasi tarp antsvorio turinčių asmenų, lyginant su normaliais svorio asmenimis, ir bandėme atlikti didelio masto naujausius neurografinio duomenų apdorojimo, vizualizavimo ir daugiamatės modelio analizės duomenis šią hipotezę. Efektyvesnių ir skaičiavimo intensyvesnių duomenų apdorojimo vamzdynų ir statistinių algoritmų prieinamumas leidžia plačiau morfologiškai ir anatomiškai apibūdinti smegenis, turinčius padidėjusius KMI, lyginant su normalios svorio asmenimis. Daugiamatės modelio klasifikacijos analizė suteikia galimybę ištirti pasiskirstymo pagal regionus, diskriminuojančius antsvorį, modelį.

Šiame tyrime prižiūrimas mokymosi algoritmas taikomas regioninių smegenų morfometrijos ir baltųjų medžiagų pluošto tankiui (ryšiui tarp konkrečių smegenų regionų matuoti), siekiant išbandyti hipotezę, kad antsvorio statusas yra susijęs su skirtingais modeliais ar smegenų parašais, apimančiais regionus. atlygis, atminimas, vykdomoji kontrolė ir emociniai susijaudinimo tinklai. Rezultatai rodo, kad regioninis ryšys, ir mažiau smegenų morfometrija, gali būti panaudotas antsvoriui diskriminuoti, palyginti su normaliais svorio asmenimis. Rezultatai pateikia prognozavimo algoritmą, pagrįstą daugiarūšiu smegenų vaizdavimu, ir nustatomi konkretūs tikslai tolesniems mechanistiniams tyrimams.

2.0. Metodai

2.1. Dalyviai

Bendras mėginys buvo sudarytas iš 120 sveikų sveikų kontrolinių (HC) savanorių, įtrauktų į neuronologijos tyrimus 2010 ir 2014 streso neurobiologijos centre. Dalykai buvo įdarbinti per skelbimus, paskelbtus UCLA ir Los Andželo bendruomenėje. Visos procedūros atitiko Helsinkio deklaracijos principus ir patvirtintos UCLA institucinės peržiūros tarybos (patvirtinimo numeriai 11-000069 ir 12-001802). Visi subjektai pateikė raštišką sutikimą. Visi pacientai buvo klasifikuojami kaip sveiki po klinikinio vertinimo, kuris apėmė modifikuotą „Mini-International“ neuropsichiatrinį interviu plius 5.0 (Sheehan ir kt., 1998). Išskyrimo kriterijai buvo piktnaudžiavimas narkotikais, nėštumas, priklausomybė nuo tabako, pilvo chirurgija, kraujagyslių rizikos veiksniai, svorio metimo operacijos, per didelis fizinis krūvis (daugiau nei 1 val. Kasdien ir maratono bėgikai) arba psichinės ligos. Nors hipertenzija, cukriniu diabetu ar metaboliniu sindromu sergantiems asmenims dažnai būdingas padidėjęs KMI, siekiant sumažinti gyventojų heterogeniškumą, jie nebuvo įtraukti. Taip pat dėl ​​tos pačios priežasties nebuvo įtraukti asmenys, turintys valgymo sutrikimų, įskaitant virškinimo ar valgymo sutrikimus, tokius kaip anoreksija ar nervinė bulimija. Nors KMI = 25–29.9 laikomas antsvoriu, mūsų tyrime jis buvo nustatytas kaip aukšto KMI grupė. Normalaus svorio tiriamieji buvo įdarbinti esant KMI <25, ir mūsų tyrime buvo nustatyta, kad normali KMI grupė. Nė vienas subjektas neviršijo 400 svarų dėl MRT nuskaitymo svorio ribų.

2.2. Pavyzdžių savybės

Patvirtinti klausimynai buvo užpildyti prieš skenavimą ir buvo naudojami matuojant dabartinį nerimo ir depresijos simptomus (ligoninės nerimo ir depresijos skalė (HAD)).Zigmondas ir Snaitas, 1983). HAD skalė yra savęs įvertinimo 14 elemento skalė, kuri įvertina dabartinius nerimo ir depresijos simptomus pacientų, kuriems buvo pradžioje, metu.Zigmondas ir Snaitas, 1983). Be to, anksčiau buvo atliktas struktūrizuotas psichiatrijos interviu (Mini International Neuropsychiatric Interview, MINI), kad būtų galima išmatuoti praeities ar dabartines psichikos ligas (Sheehan ir kt., 1998).

2.3. fMRI įsigijimas

2.3.1. Struktūrinis (pilkosios medžiagos) MRT

Dalykai (N = 120, didelis KMI N = 63) buvo nuskaityti 3.0 Tesla Siemens TRIO, kai galvai pastatyti buvo naudojamas sagitalinis skautas. Struktūriniai nuskaitymai buvo gauti iš 4 skirtingų gavimo sekų, naudojant didelės raiškos 3 dimensijų T1 svertinį, sagitalinio įmagnetinimo paruoštą greito gradiento aido (MP-RAGE) protokolą ir nuskaitymo detalės yra šios: 1. Kartojimo laikas (TR) = 2200 ms, aido laikas (TE) = 3.26 ms, pasukimo kampas (FA) = 9, 1 mm3 vokselio dydis. 2. TR = 2200 ms, TE = 3.26 ms, FA = 20, 1 mm3 vokselio dydis. 3. TR = 20 ms, TE = 3 ms, FA = 25, 1 mm3 vokselio dydis. 4. TR = 2300 ms, TE = 2.85 ms, FA = 9, 1 mm3 vokelio dydis. Įvertinta įsigijimo protokolo įtaka bendro pilkosios medžiagos kiekio skirtumams (TGMV). Konkrečiai buvo taikomas bendrasis linijinis modelis (GLM), siekiant nustatyti protokolo įtaką TGMV, kontroliuojantį amžių. Rezultatai parodė, kad visi protokolai nebuvo panašūs vienas į kitą (F(3) = 6.333, p = .053).

2.3.2. Anatominis ryšys (baltos medžiagos) MRI

Pirminio mėginio pogrupis (N = 60, didelis KMI N = 30) buvo atlikta pagal difuziją įvertinta MRT (DWI) pagal du palyginamus įgijimo protokolus. Konkrečiai, DWI buvo įsigyti 61 arba 64 nekolinearinėmis kryptimis su b = 1000 s / mm2, su 8 arba 1 b = 0 s / mm2 vaizdai. Abiejų protokolų TR = 9400 ms, TE = 83 ms ir matymo laukas (FOV) = 256 mm, o matavimo matrica buvo 128 × 128, o griežinėlio storis 2 mm, kad gautųsi 2 × 2 × 2 mm3 izotropiniai voxels.

2.4. fMRI apdorojimas

2.4.1. Struktūrinis (pilkosios medžiagos) segmentavimas ir atšaukimas

T1 vaizdų segmentavimas ir regioninis atšaukimas buvo atliktas naudojant „FreeSurfer“ (Dale ir kt., 1999; Fischl ir kt., 1999, 2002) pagal nomenklatūrą, aprašytą. \ t Destrieux ir kt. (2010). Kiekvienam smegenų pusrutuliui 74 dvišalių žievės struktūrų rinkinys buvo pažymėtas be 7 subkortikinių struktūrų ir smegenų. Segmentavimo rezultatai iš pavyzdžio rodomi Pav 2Į vieną papildomą vidurinės linijos struktūrą (įskaitant smegenų kamieną, apimantį vidurio smegenų dalis, pvz., Ventralinį tegmentalinį plotą [VTA] ir materia nigra), buvo įtraukta visa 165 fragmentų visai smegenims rinkinys. Buvo apskaičiuotos keturios reprezentatyvios morfologinės priemonės kiekvienai žievės daliai: pilkosios medžiagos tūris (GMV), paviršiaus plotas (SA), žievės storis (CT) ir vidutinis kreivumas (MC). Duomenų apdorojimo darbo srautai buvo suprojektuoti ir įdiegti Neuroimaging (LONI) vamzdyno laboratorijoje (http://pipeline.loni.usc.edu).

Pav 2 

A. Struktūriniai segmentavimo ir suskaidymo rezultatai ir B. baltosios medžiagos skaidulų rezultatai, susiję su struktūriniais elementų ištraukimais iš mėginio. A: Struktūrinis segmentavimas. B: Baltosios medžiagos segmentavimas.

2.4.2. Anatominis ryšys (baltos medžiagos)

Difuzijos svertiniai vaizdai (DWI) buvo pakoreguoti judesiui ir naudojami apskaičiuoti difuzijos tenzorius, kurie buvo rotaciškai perorientuoti kiekviename voxel. Difuzijos tenzoriniai vaizdai buvo pertvarkyti remiantis loginiu būdu transformuotų tenzorių trilinariu interpoliacija, kaip aprašyta Chiang et al. (Chiang et al., 2011) ir iš naujo atrinktas iki izotropinės vokselio skiriamosios gebos (2 × 2 × 2 mm3). Duomenų apdorojimo darbo srautai buvo sukurti naudojant LONI vamzdyną.

Kiekvieno objekto baltos medžiagos ryšys buvo apskaičiuotas tarp 165 smegenų regionų, nustatytų struktūriniuose vaizduose (2B) naudojant DTI pluošto traktografiją. Traktografija buvo atlikta naudojant Fiber Assignment (FACT) algoritmą (Mori ir kt., 1999) naudojant TrackVis (http://trackvis.org) (Irimia ir kt., 2012). Galutinis baltųjų jungčių sąveikos tarp kiekvieno smegenų srities įvertinimas buvo nustatytas remiantis kiekvieno ploto susikertančių pluoštų kiekių skaičiumi, normalizuotu pagal bendrą pluoštų trasų skaičių visoje smegenyse. Tada ši informacija buvo naudojama paskesniam klasifikavimui.

2.5. Nedideli daliniai mažiausiai kvadratai - diskriminacinė analizė (sPLS-DA)

Norint nustatyti, ar smegenų žymenys gali būti naudojami aukštai KMI būsenai (antsvoriui palyginti su normaliu svoriu) prognozuoti, naudojome sPLS-DA. sPLS-DA yra retos PLS regresijos forma, tačiau atsako kintamasis yra kategoriškas, nurodant grupės narystę (Lê Cao, 2008a; Lê Cao ir kt., 2009b, 2011). Įrodyta, kad sPLS-DA yra ypač veiksmingas, turint didelį prognozių skaičių, nedidelį mėginio dydį ir didelį prognozuojamųjų sąveiką (Lê Cao, 2008a; Lê Cao ir kt., 2009b, 2011). sPLS maksimaliai padidina smegenų priemonių ir grupių skirtumo kontrasto mėginį. sPLS tuo pačiu metu atlieka kintamąjį atrankos ir klasifikavimo metodą, naudodamasis „Lasso“ bausmeLê Cao ir kt., 2009a). sPLS-DA veikia naudodamas prižiūrimą sistemą, kuri sudaro linijinius prognozių derinius, pagrįstus klasių naryste. sPLS-DA sumažina duomenų matmenį, surandant ortogoninių komponentų rinkinį, kurį sudaro pasirinktų savybių ar kintamųjų rinkinys. Komponentai vadinami smegenų parašais. Kiekvienas kintamasis, apimantis smegenų parašą, yra susijęs su „pakrovimu“, kuris yra kintamųjų santykinės reikšmės diskriminacijai į dvi grupes matas (Lê Cao ir kt., 2008b). Be to, buvo apskaičiuoti kintamoji reikšmė projekcijos (VIP) balais, siekiant įvertinti kiekvieno PLS modelyje naudojamo kintamojo svarbą. VIP balas yra svertinė apkrovų suma, kurioje atsižvelgiama į paaiškintą kiekvieno parašo dispersiją. Vidurkis kvadratinių VIP balų yra lygus 1. Prognozatoriai, kurių VIP koeficientai yra didesni nei vienas, yra laikomi ypač svarbiais klasifikacijai (Lê Cao ir kt., 2008b).

2.5.1. Nuspėjamojo modelio kūrimas

Smegenų parašų skaičius kiekvienai analizei buvo nustatytas dviem (Lê Cao ir kt., 2008b). stabilumo analizė buvo naudojamas siekiant nustatyti optimalų smegenų regionų skaičių kiekvienam smegenų parašui (Lê Cao ir kt., 2011). Pirma, sPLS-DA taikomas įvairiems kintamiesiems, 5 – 200, kurie bus pasirinkti kiekvienam iš dviejų smegenų parašų. Kiekvienam parinktinų kintamųjų skaičiaus aprašymui atliekamas pakartotinis 10 kryžminis patvirtinimas, pakartotinis 100 laikas. Ši kryžminio patvirtinimo procedūra padalina mokymo duomenis į 10 raukšles ar duomenų pavyzdžius (n = 12 bandymų rinkinių). Kaip bandymo duomenys atskiras vienas pavyzdys, o kiti pavyzdžiai naudojami modelio mokymui. Kintamųjų stabilumas nustatomas apskaičiuojant konkretaus kintamojo pasirinkimo kartų skaičių visose kryžminio patvirtinimo eigose. Galutiniam modeliui sukurti buvo naudojami tik smegenų kintamieji, kurių stabilumas didesnis nei 80%.

2.6. Statistinės analizės

2.6.1. Nedideli daliniai mažiausiai kvadratai - diskriminacinė analizė (sPLS-DA)

sPLS-DA buvo atliktas naudojant R paketo mixOmics (http://www.R-project.org). Išnagrinėjome smegenų morfometrijos ir DTI anatominės sąsajos prognozuojamą galią atskirai. Be regioninių smegenų morfometrijos ar regioninės anatominės sąsajos, amžius ir bendras GMV buvo įtraukti į galimus prognozes. Gautų morfologinių duomenų atžvilgiu į modelį buvo įtrauktos GMV, SA, CT ir MC priemonės. DTI gautiems anatominiams sujungimo duomenims subjekto specifinės matricos, indeksuojančios santykinį pluošto tankį tarp 165 regionų, buvo transformuotos į 1 matricas, turinčias 13,530 unikalių jungčių (viršutinis trikampis nuo pradinės matricos). Tuomet šios matricos buvo susietos tarp objektų ir įrašytos į sPLS-DA. Kaip pradinį duomenų mažinimo žingsnį, beveik nulinio dispersijos prognozuotojai buvo nugriauti, o tai lėmė 369 likusias jungtis. Smegenų parašai buvo apibendrinti naudojant kintamas apkrovas atskiriems matmenims ir VIP koeficientams. Mes taip pat naudojame grafinius rodmenis, kurie iliustruoja algoritmų diskriminacinius gebėjimus (Lê Cao ir kt., 2011). Galutinių modelių numatomasis gebėjimas buvo įvertintas, palikdami vieną iš kryžminio patvirtinimo. Taip pat apskaičiavome binarines klasifikavimo priemones: jautrumą, specifiškumą, teigiamą nuspėjamąją vertę (PPV) ir neigiamą nuspėjamąją vertę (NPV). Čia jautrumas indeksuoja klasifikavimo algoritmo gebėjimą teisingai nustatyti antsvorį turinčius asmenis. Specifiškumas atspindi klasifikavimo algoritmo gebėjimą teisingai nustatyti normalius svorio asmenis. PPV atspindi imties dalį, nurodančią specifinį antsvorio smegenų parašą iš klasifikavimo algoritmo ir kurie iš tikrųjų yra antsvoris (tikrasis teigiamas). Kita vertus, NPV yra tikimybė, kad jei bandymo rezultatas yra neigiamas, ty dalyvis neturi antsvorio specifinio smegenų parašo (tikrojo neigiamo).

2.6.2. Pavyzdžių savybės

Statistinė analizė atlikta naudojant statistikos paketą socialiniams mokslams (SPSS) programinei įrangai (versija 19). Elgesio matų balų grupių skirtumai buvo įvertinti taikant dispersijos analizę (ANOVA). Reikšmė buvo svarstoma p <.05 nepataisytas.

3.0. Rezultatai

3.1. Pavyzdžių savybės

Visas mėginys (N = 120) buvo 63 antsvorio turintys asmenys (moterys = 32, vyrai = 31), vidutinis amžius = 28.77 metai, SD = 9.76 ir 57 normalaus svorio asmenys (moterys = 32, vyrai = 25), vidutinis amžius = 27.13 metų, SD = 9.62. Nors antsvorio turintiems žmonėms būdingas didesnis nerimas ir depresija, reikšmingų grupių skirtumų nebuvo (F = .642, p = .425; F = .001, p = .980). Klinikinės mėginio charakteristikos yra apibendrintos Lentelė 1.

Lentelė 1 

Pavyzdžių savybės.

3.2. Daugiamatės modelio analizės naudojant sPLS-DA

3.2.1. Anatominės jungties (baltos medžiagos) klasifikacija

Mes ištyrėme, ar galvos smegenų anatominės sujungimo baltos medžiagos gali būti naudojamos norint atskirti antsvorį turinčius asmenis nuo normalaus svorio asmenų. Pav 3A pavaizduoja mėginio asmenis, atstovaujamus santykiui su dviem smegenų parašais, ir vaizduoja baltos medžiagos klasifikatoriaus diskriminacinius gebėjimus. Apskaičiuotos dvejetainės klasifikavimo priemonės ir nurodė 97% jautrumą, 87% specifiškumą, 88% PPV ir 96% NPV. Lentelė 2 yra stabilių baltųjų jungčių, apimančių kiekvieną diskriminacinį smegenų parašą ir kintamų apkrovų bei VIP koeficientų, sąrašas.

Pav 3 

A. Klasifikatorius, pagrįstas pluošto tankiu (balta medžiaga). B. Klasifikatorius, pagrįstas pilkosios medžiagos morfologija. A: vaizduoja pluošto tankio (baltos medžiagos) klasifikatoriaus diskriminacinius gebėjimus. B: vaizduoja pilkosios medžiagos klasifikatoriaus diskriminacinius gebėjimus. ...
Lentelė 2 

Anatominių jungčių, apimančių kiekvieną diskriminacinį smegenų parašą, sąrašas.

3.2.2. Anatominis ryšys pagrįstas smegenų parašas 1

Pirmasis smegenų parašas sudaro 63% dispersijos. Kaip rodo VIP koeficientai, tirpalo kintamieji, paaiškinantys didžiausią dispersijos 1) ryšį tarp atlygio tinklo regionų (putamen, pallidum, smegenų kamieno, įskaitant vidurio smegenų regionus, pvz., VTA ir materia nigra), su vykdomosios srities regionais kontrolė (precuneus, kuris yra užpakalinės parietalinės žievės dalis), svaigumas (priekinis insula), emocinis susijaudinimas (ventromedial prefrontal cortex) ir somatosensoriniai (postentriniai gyrus) tinklai; 2) emocinio susijaudinimo tinklo regionai (priekinės vidurinės kaklelio žievės, ventromedial prefrontalinės žievės), turintys sritį (anterior insula) ir somatosensorinius (paracentrinius lobius, įskaitant papildomus motorinius žieves) tinklus; ir 3) talamus su viduriniu pakaušio gyrus ir talamu su vykdomosios kontrolės tinklo regionu (doralinė šoninė prefrontalinė žievė).

Palyginti su įprastomis svorio grupėmis, antsvorio grupė parodė didesnį ryšį tarp atlygio tinklo (putamen, pallidum, smegenų kamieno) regionų iki vykdomosios kontrolės tinklo (užpakalinės parietinės žievės) ir nuo putamen iki emocinio susijaudinimo tinklo slopinančios dalies ( ventromedial prefrontal cortex) ir somatosensorinio tinklo (postentrinio gyrus ir posteriori insula) regionams. Mažesni ryšiai buvo pastebėti antsvorio grupėje regionuose nuo emocinio susijaudinimo tinklo (ventromedial prefrontal cortex) iki populiarumo tinklo (anterior insula), bet didesnė antsvorio grupės jungtis iš regionų nuo emocinio susijaudinimo tinklo (ventromedial prefrontal cortex) iki somatosensorinis tinklas (užpakalinė insula). Mažesnis ryšys taip pat buvo pastebėtas antsvorio grupėje, jungiančioje somatosensorinę (paracentrinę lobulę) prie priekinės vidurinės kaklelio žievės, bet didesnį ryšį nuo paracentrinio lobulio iki subparietalios sulcus (somatosensorinio tinklo dalies). Žvelgiant į talaminius ryšius, mažesnis ryšys buvo pastebėtas nuo talamo iki nugaros šoninio prefrontalinio žievės (vykdomosios kontrolės tinklo) ir vidutinio pakaušio gyrus su antsvorio turinčiais asmenimis, lyginant su normaliais svorio asmenimis.

3.2.3. Anatominis ryšys pagrįstas smegenų parašas 2

Antrasis anatominis smegenų parašas sudarė papildomą 12% duomenų dispersijos. Kintamieji, kurie labiausiai skiriasi nuo grupės diskriminacijos, kaip rodo VIP koeficientas, apėmė sąsajas regionuose, kuriuose yra atlygis (putamen, orbitinė sulci, kuri yra orbitinės frontinės gyrus, ir smegenų kamieno dalis), ir emocinis susijaudinimas (gyrus rectus, kuris yra medialinis ventromedial prefrontal cortex) tinklų dalis.

Antsvorio turintiems asmenims, lyginant su normaliais svorio asmenimis, buvo pastebėtas didesnis ryšys tarp atlygio tinklo regionų (smegenų kamieno ir putameno) tiek su vykdomosios kontrolės (doralinės šoninės prefroninės žievės), tiek emocinio susijaudinimo (ventromedial prefrontal cortex) slopinančia dalimi. Vis dėlto jungiamumas tarp pakaušio ir orbitinės frontinės gyrus (atlyginimų tinklas) buvo mažesnis antsvorio turintiems asmenims, palyginti su normaliais svorio asmenimis.

3.2.4. Morfometrinė klasifikacija pagal pilkąsias medžiagas

Ištyrėme, ar smegenų morfometrija (pilkosios medžiagos tūris, paviršiaus plotas, žievės storis ir vidutinis kreivumas) gali būti naudojami norint atskirti antsvorį turinčius asmenis nuo normalaus svorio asmenų. Pav 3B pavaizduoti mėginio individai, atstovaujantys ryšiui su dviem smegenų parašais ir vaizduoja morfometrinio klasifikatoriaus diskriminacinius gebėjimus. Apskaičiuotos dvejetainės klasifikavimo priemonės ir nurodė 69% jautrumą, 63% specifiškumą, 66% PPV ir 66% NPV. Lentelė 3 Jame yra morfometrinių priemonių, apimančių kiekvieną diskriminacinį, ir kintamų apkrovų bei VIP koeficientų sąrašas.

Lentelė 3 

Regioninis morfometrija, apimanti kiekvieną smegenų parašą.

3.2.5. Morfologinis smegenų parašas 1

Pirmasis smegenų parašas paaiškino 23% morfometrinių fenotipų duomenų kintamumo. Kaip matyti iš VIP koeficientų, kintamieji, prisidedantys prie parašo, labiausiai susieti su atlygio regionais (orbitinės frontinės girio subregionais), atributika (priekinė insula), vykdomoji kontrolė (doralinė šoninė prefrontalinė žievė), emocinis susijaudinimas (ventromedial prefrontal cortex) ) ir somatosensoriniai (precentral sulcus, supramarginal gyrus, subentral sulcus, superior frontal sulcus) tinklai. Aukštieji VIP koeficientai taip pat buvo pastebėti viršutiniam priekiniam gyrus ir sulcus, pranašesniam laikinam gyrus, skersiniam frontopoliniam girui ir priekiniam skersiniam laikinam gyrus. Buvo susieti su atlyginimų, atminimo, vykdomosios kontrolės ir emocinių susijaudinimo tinklų regionais sumažinti viršsvorį turinčių asmenų, lyginant su įprastais svorio asmenimis. Be to, antsvorį turintys asmenys, lyginant su įprastomis svorio grupėmis, turėjo didesnis reikšmės somatosensorinio tinklo regionuose. Taip pat buvo susietos frontalinių ir laikinų regionų (viršutinės laikinosios gyrus ir priekinės skersinės laikinosios gyrus) morfometrija. sumažinti viršsvorį turinčių asmenų, lyginant su įprastais svorio asmenimis.

3.2.6. Morfologinis smegenų parašas 2

Antrasis morfologinis smegenų parašas paaiškino 32% dispersijos. Kintamieji, turintys aukščiausius VIP koeficientus, buvo panašūs į VIP koeficientus, pastebėtus smegenų paraše 1, nes į juos buvo įtraukti atlyginimų (caudato), atokumo (priekinės insula), vykdomosios kontrolės (posteriorio parietalinės žievės dalys) regionai, emocinis susijaudinimas (parahippocampal gyrus, subgenualinis priekinis cingulinis žievės ir priekinės cingulinės žievės) ir somatosensoriniai (užpakaliniai insula ir paracentriniai lobuliniai) tinklai. Tačiau smegenų parašas 2, palyginti su smegenų parašu 1, turėjo tik vieną ryšį nuo atlygio tinklo ir daugiau ryšių iš svarbiausių ir emocinių susijaudinimo tinklų regionų.

Viršsvorį turintiems asmenims, lyginant su įprastomis svorio \ t sumažinti vertės morfometrijai atlygio, ištikimybės, vykdomosios kontrolės ir emocinių susijaudinimo tinklų atžvilgiu, bet aukštesnis somatosensorinio tinklo reikšmės.

4.0. Diskusija

Šio tyrimo tikslas buvo nustatyti, ar smegenų jungties morfologiniai ir anatominiai modeliai (remiantis pluošto tankiu tarp specifinių smegenų sričių) gali diskriminuoti antsvorio turinčius asmenis nuo normalaus svorio asmenų. Pagrindinės išvados: 1. Anatominis ryšys (santykinis baltųjų medžiagų kiekių tankis tarp regionų) sugebėjo diskriminuoti skirtingus KMI su dideliu jautrumu (97%) ir specifiškumą (87%). 2. Priešingai, morfologiniai pilkosios medžiagos pokyčiai turėjo mažesnį nei optimalų klasifikavimo tikslumą. 3. Daugelis smegenų regionų, apimančių diskriminacinius smegenų parašus, priklausė nuo išplėstinio atlygio, atokumo, centrinio vykdomojo ir emocinio susijaudinimo tinklų, rodančių, kad pastebėti funkciniai sutrikimai atsirado dėl nenormalaus šių tinklų organizavimo.

4.1. Su BMI susiję anatominiai ryšiai pagrįsti smegenų parašai

Šiame tyrime klasifikavimo algoritmas, susidedantis iš dviejų smegenų parašų, atspindinčių skirtingus regioninio ryšio modelius, parodė, kad yra didelis sugebėjimas diskriminuoti antsvorį turinčius asmenis ir normalius svorio asmenis. Dauguma DTI tyrimų su dideliais KMI asmenimis (Shott ir kt., 2014; Stanek ir kt., 2011; Xu ir kt., 2013; Yau ir kt., 2010, 2014) daugiausia dėmesio skyrė baltųjų medžiagų difuzijos charakteristikų, tarp jų ir dalinės anizotropijos ir vidutinio difuzijos (kuri matuoja baltųjų medžiagų sąveikos vientisumą), arba akivaizdžių difuzijos koeficientų (kurie matuoja vandens difuziją bėgių keliuose ir atspindi ląstelių pažeidimus) skirtumus. Visos šios priemonės gali suteikti informacijos apie lokalizuotus baltos mikrostruktūros pokyčius. Dabartiniame tyrime daugiausia dėmesio skyrėme pluoštinio trakto tankio DTI matavimams kaip santykinio sąveikos tarp smegenų regionų ir tinklų įvertinimo priemonė. Taigi, nors kituose tyrimuose vyksta vietinių mikrostruktūros pokyčiai, jie nenustatė šių pokyčių pasekmių ryšio atžvilgiu.

4.1.1. Anatominis ryšys pagrįstas smegenų parašas 1

Pirmąjį smegenų parašą didžiąja dalimi sudarė ryšiai tarp atlygio, atokumo, vykdomosios kontrolės, emocinio susijaudinimo ir jutimo tinklų. Taip pat vyko talaminiai ryšiai su vykdomosios kontrolės tinklo regionais ir į pakaušio regioną. Atitinka mūsų nustatytą sumažėjusių jungčių iš ventromezialinio prefektono žievės ir antsvorio, pastebėto antsvorio grupėje, palyginimą su įprastine svorio grupe, sumažėjo baltųjų medžiagų (mažesnės frakcijos anizotropija) vientisumas išorinėje kapsulėje (kurioje yra skaidulų, jungiančių žievės zonos į kitus žievės plotus per trumpus jungiamuosius pluoštus), buvo pranešta apie nutukusius pacientus, palyginti suShott ir kt., 2014). Be to, nutukę, palyginti su kontroliniais preparatais, matomas difuzijos koeficientas (vandens difuzijos atspindintis ląstelių pažeidimas) buvo didesnis sagitiniame sluoksnyje (kuris žinomas perduodant informaciją iš parietalinių, pakaušio, cingulinių ir laikinų regionų į talamus) ir gali būti nuoseklus su mūsų stebėjimais dėl mažesnio jungiamumo tarp dešiniojo talamo ir dešiniojo vidurinio kaklinio gyrus su antsvoriu sergantiems asmenims, palyginti su įprastais svorio asmenimis (Shott ir kt., 2014). Shott ir kolegos (Shott ir kt., 2014) taip pat nustatė didesnius matomus difuzijos koeficientus (atspindinčius galimus ląstelių pažeidimus) nutukusių vainikinių vainikų grupėje, o tai, atrodo, papildo mūsų išvadas dėl mažesnio santykinio pluošto tankio tarp giliųjų pilkosios medžiagos struktūrų (pvz., talamo) ir žievės sričių (nugaros šoninė prefrontalinė žievė) asmenims su antsvoriu, palyginti su normalaus svorio asmenimis. Pakitęs talaminis ryšys gali sutrikdyti talamamo vaidmenį palengvinant periferinės jutiminės informacijos perdavimą į žievę (Jang et al., 2014).

Atskirame tyrime, kuriame lyginami nekomplikuoti paaugliai nutukę su normaliu svoriu, taip pat nustatyta sumažėjusi anizotropija nutukusiems paaugliams regionuose, pvz., Išorinėje kapsulėje, vidinėje kapsulėje (kuri daugiausia vykdo didėjančią ir mažėjančią kortikosterinalinę traktą), taip pat kai kurie laikini pluoštai ir optinė spinduliuotė (Yau ir kt., 2014). Neseniai atliktas tyrimas taip pat pastebėjo nervų pluošto jungčių su DTI praradimą tarp smegenų kamieno ir hipotalamos individo, turinčio smegenų kamieną, kuris po chirurginio drenažo labai pakilo, o tai gali reikšti, kad šie nerviniai skaidulai yra įtraukti į reguliavimą maistą ir svorį (Purnell ir kt., 2014). Tačiau nenustatėme ryšių skirtumų su hipotalamu, kuris iš dalies gali būti susijęs su dalijimosi apribojimais, grindžiamais konkrečiais šiuo tyrimu naudojamais atlasais.

4.1.2. Anatominis ryšys pagrįstas smegenų parašas 2

Antrąjį ortogoninį parašą sudarė tik trys anatominės jungtys per atlygio ir emocinio susijaudinimo tinklus. Anksčiau nebuvo pranešta apie pakeistų jungčių nustatymą regionuose, kuriuose yra atlygio tinklas, ir regionuose, kuriuose veikia tinklai, su kuriais jie sąveikauja dabartiniame tyrime. Tačiau šie pokyčiai gali būti numatyti remiantis naujausiais morfologiniais tyrimais, kurie pastebėjo pilkosios medžiagos pasikeitimus išplėstinio atlygio tinklo regionuose (Kenny, 2011; Kurth ir kt., 2013; Raji ir kt., 2010; Volkow ir kt., 2008). Kartu mūsų rezultatai rodo, kad regionuose, kuriuose yra atlygio tinklas ir su juo susiję tinklai, atsiranda plačiai paplitęs baltųjų medžiagų ryšys.

Kituose tyrimuose nustatyta, kad sumažėjęs pluošto vientisumas, matuojamas sumažėjusia daline anizotropija korpuso skilvelio ir fornix regionuose (kurie yra dalis hippokampo ir perduoda informaciją iš hipotalamo), padidėja KMI (Stanek ir kt., 2011; Xu ir kt., 2013); dabartiniame tyrime nenustatyta reikšmingų tarpdisferinės jungties pokyčių dviejuose anatominių-ryšių smegenų parašuose. Išimtis buvo ta, kad tarp kairiojo paracentrinio lobulio ir dešiniojo subparietalinio sulcus buvo susietas smegenų parašas 1, ir ryšys tarp dešiniojo putameno ir kairiojo gyrus rectus smegenų paraše 2. Manome, kad šiuose ankstesniuose tyrimuose pastebėtas poveikis gali būti dėl sisteminės baltos medžiagos skilimo, o ne specifinių smegenų sričių sąsajų pokyčių, panašių į pokyčius, atsirandančius normalaus senėjimo metu.Sullivan ir kt., 2010). Nors šių ankstesnių tyrimų autoriai teigė, kad didelio KMI išorinių kapsulių dalinės anizotropijos skirtumai gali būti siejami su hipokampo ir amygdalos ryšiais, tačiau nepastebėta reikšmingų šių struktūrų ryšio pokyčių. Šiems stebėjimams patvirtinti reikalinga išsamesnė šių smegenų regionų analizė ir smulkesnis suskaidymas.

4.2. Morfometriniai pilkosios medžiagos smegenų parašai, susiję su KMI

Pilkosios medžiagos morfometrinė analizė, naudojant du skirtingus profilius, sugebėjo teisingai nustatyti normalaus svorio asmenų antsvorį, kurio jautrumas 69% ir 63% specifiškumas. Šie duomenys atitinka ankstesnius pranešimus apie pasaulinį ir regioninį pilkųjų medžiagų kiekio sumažėjimą tam tikruose smegenų regionuose, skirtuose atlygio tinkle ir susijusiuose tinkluose (Debette ir kt., 2010; Kenny, 2011; Kurth ir kt., 2013; Pannacciulli ir kt., 2006; Raji ir kt., 2010). Priešingai nei DTI pagrįsta klasifikacija, šie duomenys rodo, kad abu KMI grupės yra vidutinio sunkumo.

4.2.1. Morfologinis smegenų parašas 1

Mūsų tyrime pirmasis smegenų parašas parodė mažesnes įvairių morfometrinių matavimų vertes (įskaitant orbitinės frontalinės girio subregionus, priekinį insulą) atlyginimų, atokumo ir vykdomųjų kontrolės tinklų regionuose antsvorio grupėje, lyginant su įprastomis svorio grupėmis. Be to, buvo pastebėtos mažesnės vertės morfometrinės reikšmės slopinančiuose regionuose (dorsalinis šoninis ir ventromedinis prefrontalinis žievė), susijusios su emociniu susijaudinimo tinklu, bet didesnė morfometrija somatosensoriniam tinklui (precentral sulcus, supramarginalinis gyrus, subentrinis sulcus ir geresnis priekinis sulcus), įskaitant laikiną antsvorį turinčių asmenų regionuose, palyginti su įprastomis Šiame tyrime nustatyta, kad orbitinės frontinės gyrus morfologiniai matavimai (pilkosios medžiagos tūris ir žievės storis) žymiai sumažėjo. Orbitinis frontinis giras yra svarbus atlyginimo tinklo regionas, kuris atlieka svarbų vaidmenį vertinant procesą ir vadovaujant būsimam elgesiui bei sprendimams, susijusiems su kodavimo laukimu, susijusiu su atlygiu (Kahnt ir kt., 2010). Neseniai atliktas tyrimas, kuriame analizuojama pilkos ir baltos medžiagos struktūra, parodė, kad nutukę asmenys turėjo mažesnes vertes įvairiuose regionuose, priklausančiuose atlygio tinklui, įskaitant orbitinį frontinį gyrus (Shott ir kt., 2014).

4.2.2. Morfologinis smegenų parašas 2

Palyginti su smegenų parašu 1, morfologiniai matavimai, pastebėti atokumo ir emocinių susijaudinimo tinklų regionuose, paaiškino didžiąją dispersijos dalį, o atlygio tinklo regionai nebuvo įtakingi. Sumažėjusios pilkosios medžiagos matavimai buvo pastebėti sergamumo, vykdomosios kontrolės ir emocinio susijaudinimo tinklo regionuose. Šie regionai (priekinė insula, parietinė posteriori žievė, parahippocampal gyrus, priekinės cingulinės žievės subregionai) dažnai siejami su padidėjusiu smegenų aktyvumu, kai jie veikia maistui.Brooks ir kt., 2013; Greenberg ir kt., 2006; Rothemund ir kt., 2007; Shott ir kt., 2014; Stoeckel ir kt., 2008) ir asmeninio stimulo laipsnio laipsnis (Critchley ir kt., 2011; Seeley ir kt., 2007a). Šiame tyrime pilkosios medžiagos sumažėjimas taip pat buvo pastebėtas pagrindiniuose somatosensorinio tinklo regionuose (užpakalinė insula, paracentrinė lobulė). Nors tiksli šio tinklo reikšmė antsvoriui ir nutukimui nėra žinoma, įrodyta, kad ji yra susijusi su kūno pojūčių suvokimu, ir neseniai atliktas tyrimas parodė, kad padidėjęs somatosensorinio tinklo aktyvumas, atsakas į nutukusių asmenų maistą, gali sukelti persivalgymas (Stice ir kt., 2011). Šiame tyrime daugiausia dėmesio buvo skiriama morfologiniams matavimams ir anatominiams ryšiams tarp smegenų regionų išplėstiniame atlyginimų tinkle ir somatosensoriniame tinkle, ir siūloma, kad šios smegenų struktūros metrikos gali turėti įtakos neuroniniam apdorojimui, susijusiam su literatūroje rastų funkcinių tyrimų rezultatais. Ryšys su elgesio ir aplinkos veiksniais taip pat suteikia papildomos informacijos apie struktūrinių ir funkcinių atradimų ryšį, kuris turės būti išbandytas būsimose studijose.

4.3. Naudojant daugiamatę modelio analizę, naudojant sPLS-DA, siekiant atskirti antsvorį ir normalų svorį turinčius asmenis

Išvados apie KMI susijusius pluošto tankio pokyčius tarp skirtingų smegenų tinklų išplėstiniame atlyginimų tinkle patvirtina hipotezę, kad KMI padidėjimas sukelia sutrikusią anatominę sąsają tarp specifinių smegenų regionų. Šie anatominiai pakeitimai gali reikšti neefektyvų arba neveiksmingą ryšį tarp pagrindinių atlygio tinklo ir susijusių tinklų regionų. Panašiai kaip ir keletas neseniai paskelbtų pranešimų, kuriuose buvo nustatyta antsvorio ir nutukimo pokyčių pilkosios medžiagos kiekyje (Debette ir kt., 2010; Kurth ir kt., 2013; Pannacciulli ir kt., 2006; Raji ir kt., 2010), mes taip pat galėjome rasti panašius morfologinius skirtumus tarp antsvorio, palyginti su normaliais svoriais. Šiame tyrime išplėtėme šiuos stebėjimus, siekiant ištirti ryšį tarp antsvorio ir anatominės sąveikos su smegenimis, ir taikyti sPLS-DA į smegenų morfometrinius duomenis, kad būtų diskriminuojami antsvorio ir normalaus svorio subjektai. Neseniai atliktas skerspjūvio tyrimas, naudojant binarinę logistinę regresiją, rodo, kad struktūrinių pokyčių šoninėje orbitinėje frontinėje giroje, matuojant pilkosios medžiagos tūriu, ir uždegiminio žymens (fibrinogeno) koncentracija kraujyje galėjo numatyti nutukimą nedideliame 19 normalaus svorio tiriamųjų ir 44 antsvorio / nutukusių asmenų mėginys; didelio jautrumo (95.5%), bet mažo specifiškumo (31.6%) (Cazettes ir kt., 2011). Mūsų tyrimas skiriasi nuo šio pranešimo keliais aspektais, įskaitant didesnį imties dydį; kryžminio patvirtinimo metodo taikymas, siekiant išvengti specifinio tirpalo pavyzdžio, hipertenzijos ar cukrinio diabeto pacientų pašalinimas, kad būtų pašalintas galimas pasipiktinimas, ir pilkosios medžiagos kiekio bei pluošto trakto tankio įtraukimas, kad būtų galima numatyti antsvorio būklę.

4.4. Trūkumai

Nors mes nustatėme reikšmingus skirtumus tarp žmonių, turinčių normalią svorį ir viršsvorį pluošto tankyje, mes negalime ekstrapoliuoti iš šių anatominių duomenų į funkcinio (poilsio būsenos) ryšio skirtumus. Tokie funkcinių ryšių nustatymo rezultatai suteiktų galimybę aptikti smegenų veiklos sinchronizavimo skirtumus tose srityse, kurios nėra tiesiogiai susietos su balta medžiaga. Nors mes pakartojome anksčiau pateiktus duomenis apie anatominį ryšį ir morfologinius skirtumus tarp antsvorio / nutukimo ir normalaus KMI (Kurth ir kt., 2013; Raji ir kt., 2010), nepavyko stebėti svarbių subkortikinių regionų hipotalamo, amygdalos ir hipokampo pokyčių. Gali būti, kad šis gedimas galėjo atsirasti dėl šiame tyrime naudojamų automatinių anuliavimo algoritmų ribų ar dėl antsvorio turinčių asmenų, palyginti su nutukusiais asmenimis, atliktų tyrimų. Būsimiems tyrimams reikėtų daugiau mėginių, kad būtų galima palyginti nutukusius, antsvorius ir normalius svorio asmenis, taip pat sugebėti atlikti pogrupių analizę pagal lytį ir rasę. Dėl mūsų santykinai mažo pavyzdžio taikėme griežtą vidinio patvirtinimo procedūrą, tačiau vis dar būtina išbandyti šio klasifikatoriaus nuspėjamąjį tikslumą nepriklausomame duomenų rinkinyje (Bray ir kt., 2009). Ateityje atliekami tyrimai turėtų būti susiję su šių neurofilmų skirtumų susiejimu su konkrečiais valgymo būdais, mitybos nuostatomis ir informacija apie mitybą, kad būtų galima aiškinti šių faktų kontekstą ir reikšmę. Kadangi nutukimas ir antsvoris dažnai siejami su tokiais susirgimais, kaip hipertenzija, cukrinis diabetas ir metabolinis sindromas, būsimose analizėse turėtų būti tiriamas šių faktorių moderavimo ir koreliacijos poveikis klasifikavimo algoritmui.

4.5. Santrauka ir išvados

Apibendrinant, mūsų rezultatai patvirtina hipotezę, kad antsvoris yra susijęs su pakeistu ryšiu (pluošto tankio forma) tarp specifinių smegenų regionų, o tai gali reikšti neveiksmingą arba neveiksmingą ryšį tarp šių regionų. Visų pirma, mažesnis prefrontinės slopinančių smegenų regionų prijungimas prie atlygio schemos atitinka hedoninių mechanizmų viršenybę reguliuojant maistą (Gunstad ir kt., 2006, 2007, 2008, 2010). Šių struktūrinių pokyčių mechanizmai yra menkai suprantami, tačiau gali būti susiję su neuroinflammatiniais ir neuroplastiniais procesais (Cazettes ir kt., 2011), susijusių su nedidelio laipsnio uždegiminėmis būsenomis, apie kurias pranešta antsvorio ir nutukusių \ tCazettes ir kt., 2011; Cox ir kt., 2014; Das, 2010; Gregor ir Hotamisligil, 2011; Griffin, 2006). Duomenys grindžiami metodai, kaip nustatyti pilkųjų ir baltųjų medžiagų svorį / nutukimą, yra daug žadantys įrankiai, siekiant nustatyti centrinės koreliacijos, susijusios su padidėjusiu KMI, ir turi galimybę nustatyti šio sutrikimo neurobiologinius biomarkerius.

Autoriaus įmokos

Arpana Gupta: Studijų koncepcija ir duomenų projektavimas, analizė ir interpretavimas, rankraščio rengimas ir peržiūra.

Emeran Mayer: Studijų koncepcija ir dizainas, kritinė rankraščio peržiūra, galutinės rankraščio versijos patvirtinimas, finansavimas.

Claudia San Miguel: Rankraščio, duomenų interpretavimo rengimas ir kritinė apžvalga.

John Van Horn: Duomenų generavimas, duomenų analizė.

Connor Fling: duomenų analizė.

Aubrey Love: duomenų analizė.

Davis Woodworth: Duomenų analizė.

Benjamin Ellingson: Rankraščio apžvalga.

Kirsten Tillisch: kritinė rankraščių, finansavimo apžvalga.

Jennifer Labus: Studijų koncepcija ir duomenų projektavimas, analizė ir interpretavimas, rankraščio parengimas ir redagavimas, galutinės rankraščio versijos patvirtinimas, finansavimas.

Interesų konfliktai

Nėra jokių interesų konfliktų.

Finansavimo šaltinis

Šis tyrimas iš dalies buvo paremtas Nacionalinių sveikatos institutų teikiamomis dotacijomis: R01 DK048351 (EAM), P50DK64539 (EAM), R01 AT007137 (KT), P30 DK041301, K08 DK071626 (JSL) ir R03 DK084169 (JSL). Pilotinius nuskaitymus pateikė Ahmanson-Lovelace smegenų žemėlapių centras, UCLA.

Nuorodos

  • Bray S., Chang C., Hoeft F. Daugiamatės modelio klasifikacijos analizių taikymas sveikų ir klinikinių populiacijų vystymuisi. Priekyje. Hum. Neurosci. 2009; 3: 32. 19893761 [PubMed]
  • Brooks SJ, Cedernaes J., Schiöth HB Padidėjęs prefrontalinis ir parahipokampinis aktyvavimas su sumažėjusiu dorsolateriniu prefrontaliniu ir salų žievės aktyvavimu nutukimo maisto vaizduose: fMRI tyrimų metaanalizė. PLOS ONE. 2013; 8 (4): e60393. 23593210 [PubMed]
  • Calton MA, Vaisse C. Bendrųjų variantų vaidmens sumažinimas genetiniame polinkyje į nutukimą. Genome Med. 2009, 1 (3): 31. 19341502 [PubMed]
  • Cazettes F., Cohen JI, Yau PL, Talbot H., Convit A. Nutukimo sukeltas uždegimas gali pakenkti smegenų grandinei, reguliuojančiai maistą. Brain Res. 2011; 1373: 101-109. 21146506 [PubMed]
  • Ligų kontrolės centras (CDC) - antsvoris ir nutukimas. 2014. I.
  • Chiang MC, Barysheva M., Toga AW, Medland SE, Hansell NK, James MR, McMahon KL, de Zubicaray GI, Martin NG, Wright MJ, Thompson PM BDNF geno poveikis smegenų grandinėms, replikuotas 455 dvyniuose. Neuroimage. 2011;55(2):448–454. [PubMed]
  • Choquet H., Meyre D. Nutukimo genetika: ką sužinojome? Curr. Genomika. 2011;12(3):169–179. 22043165 [PubMed]
  • Connolly L., Coveleskie K., Kilpatrick LA, Labus JS, Ebrat B., Stains J., Jiang Z., Tillisch K., Raybould HE, Mayer EA Skirtingų smegenų reakcijų tarp liesos ir nutukusios moterys su saldintu gėrimu skirtumai. Neurogastroenterolis. Motil. 2013;25(7):579-e460. 23566308 [PubMed]
  • Cox AJ, Vakarų NP, Cripps AW Nutukimas, uždegimas ir žarnų mikrobiota. Lancet Diabetas Endokrinolis. 2014 25066177 [PubMed]
  • Critchley HD, Nagai Y., Grey MA, Mathias CJ Žmonių autonominės kontrolės ašių atskyrimo ašys. Auton. Neurosci. 2011;161(1–2):34–42. 20926356 [PubMed]
  • „Dale AM“, „Fischl B.“, „Sereno MI“. I. Segmentavimas ir paviršiaus rekonstrukcija. Neuroimage. 1999;9(2):179–194. 9931268 [PubMed]
  • Das UN nutukimas: genai, smegenys, žarnos ir aplinka. Mityba. 2010;26(5):459–473. 20022465 [PubMed]
  • Debette S., Beiser A., ​​Hoffmann U., Decarli C., O'Donnell CJ, Massaro JM, Au R., Himali JJ, Wolf PA, Fox CS, Seshadri S. Visceraliniai riebalai yra susiję su mažesniu smegenų kiekiu sveikame vidutinio amžiaus suaugusieji. Ann. Neurolis. 2010;68(2):136–144. 20695006 [PubMed]
  • Destrieux C., Fischl B., Dale A., Halgren E. Automatinis žmogaus žievės ir sulcių suskaidymas naudojant standartinę anatominę nomenklatūrą. Neuroimage. 2010;53(1):1–15. 20547229 [PubMed]
  • Dubois L., Ohm Kyvik K., Girard M., Tatone-Tokuda F., Pérusse D., Hjelmborg J., Skytthe A., Rasmussen F., Wright MJ, Lichtenstein P., Martin NG Genų ir aplinkos indėlis į svorį , aukštis ir KMI nuo gimimo iki 19 metų: tarptautinis 12,000 porų tyrimas. PLOS ONE. 2012; 7 (2): e30153. 22347368 [PubMed]
  • El-Sayed Moustafa JS, Froguel P. Nuo nutukimo genetikos iki asmeninio nutukimo terapijos ateities. Nat. Endocrinol. 2013;9(7):402–413. 23529041 [PubMed]
  • Finkelstein EA, Trogdon JG, Cohen JW, Dietz W. Metinės medicininės išlaidos, susijusios su nutukimu: mokėtojo ir paslaugos vertinimai. „Health Aff“ („Millwood“) 2009;28(5):w822–w831. 19635784 [PubMed]
  • Fischl B., Salat DH, Busa E., Albert M., Dieterich M., Haselgrove C., van der Kouwe A., Killiany R., Kennedy D., Klaveness S., Montillo A., Makris N., Rosen B., Dale AM ​​Visa smegenų segmentacija: automatinis neuroanatominių struktūrų ženklinimas žmogaus smegenyse. Neuronas. 2002;33(3):341–355. 11832223 [PubMed]
  • Fischl B., Sereno MI, Dale AM ​​Kortikos paviršiaus analizė. II: infliacija, lyginimas ir paviršiaus koordinatės sistema. Neuroimage. 1999;9(2):195–207. 9931269 [PubMed]
  • García-García I., Jurado M., Garolera M., Segura B., Sala-Llonch R., Marqués-Iturria I., Pueyo R., Sender-Palacios MJ, Vernet-Vernet M., Narberhaus A., Ariza M., Junqué C. Pasverimo tinklo pokyčiai nutukime: poilsio valstybės fMRI tyrimas. Hum. Brain Mapp. 2013;34(11):2786–2797. 22522963 [PubMed]
  • Greenberg JA, Boozer CN, Geliebter A. Kava, diabetas ir svorio kontrolė. Esu. J. Clin. Nutr. 2006;84(4):682–693. 17023692 [PubMed]
  • Gregor MF, Hotamisligil GS Uždegimo mechanizmai nutukime. Annu. Immunol. 2011; 29: 415-445. 21219177 [PubMed]
  • Griffin WS uždegimas ir neurodegeneracinės ligos. Esu. J. Clin. Nutr. 2006;83(2):470S–474S. 16470015 [PubMed]
  • Gunstad J., Lhotsky A., Wendell CR, Ferrucci L., Zonderman AB Ilgalaikis nutukimo ir pažinimo funkcijos tyrimas: Baltimorės išilginio senėjimo tyrimo rezultatai. Neuroepidemiologija. 2010;34(4):222–229. 20299802 [PubMed]
  • Gunstad J., Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Gordon E. Nutukimas susijęs su atminties trūkumu jauniems ir vidutinio amžiaus suaugusiems. Valgykite. Svorio disordas. 2006;11(1):e15–e19. 16801734 [PubMed]
  • Gunstad J., Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Padidėjęs kūno masės indeksas yra susijęs su vykdomais disfunkcijomis kitaip sveikiems suaugusiems. Kompr. Psichiatrija. 2007;48(1):57–61. 17145283 [PubMed]
  • Gunstad J., Spitznagel MB, Paul RH, Cohen RA, Kohn M., Luyster FS, Clark R., Williams LM, Gordon E. Kūno masės indeksas ir neuropsichologinė funkcija sveikiems vaikams ir paaugliams. Apetitas. 2008;50(2–3):246–251. 17761359 [PubMed]
  • Irimia A., Chambers MC, Torgerson CM, Van Horn JD Žmogaus žievės tinklų apvalus reprezentavimas subjekto ir gyventojų lygmens vizualizacijai. Neuroimage. 2012;60(2):1340–1351. 22305988 [PubMed]
  • Jang SH, Lim HW, Yeo SS Intralaminarinių thalamic branduolių neuronų jungtis žmogaus smegenyse: difuzijos tenzoriaus traktografinis tyrimas. Neurosci. Lett. 2014; 579: 140-144. 25058432 [PubMed]
  • Kahnt T., Heinzle J., Park SQ, Haynes JD Žmogaus orbitofrontalinėje žievėje atlyginimų numatymo nervinis kodas. Proc. Natl. Acad. Sci. JAV A. 2010;107(13):6010–6015. 20231475 [PubMed]
  • Kenny PJ Apdovanojimo mechanizmai nutukime: naujos įžvalgos ir ateities kryptys. Neuronas. 2011;69(4):664–679. 21338878 [PubMed]
  • Kilpatrick LA, Coveleskie K., Connolly L., Labus JS, Ebrat B., Stains J., Jiang Z., Suyenobu BY, Raybould HE, Tillisch K., Mayer EA. ir nutukusioms moterims. Gastroenterologija. 2014;146(5):1212–1221. 24480616 [PubMed]
  • Kullmann S., Heni M., Veit R., Ketterer C., Schick F., Häring HU, Fritsche A., Preissl H. Nutukę smegenys: kūno masės indekso ir jautrumo insulinui sąsaja su poilsio tinklo funkciniu ryšiu. Hum. Brain Mapp. 2012;33(5):1052–1061. 21520345 [PubMed]
  • Kurth F., Levitt JG, Phillips OR, Luders E., Woods RP, Mazziotta JC, Toga AW, Narr KL Santykiai tarp pilkosios medžiagos, kūno masės indekso ir juosmens apskritimo sveikiems suaugusiesiems. Hum. Brain Mapp. 2013;34(7):1737–1746. 22419507 [PubMed]
  • Lê Cao KA, Boitard S., Besse P. Sparse PLS diskriminantinė analizė: biologiškai svarbūs funkcijų parinkimai ir grafiniai daugiaklasių problemų rodikliai. BMC Bioinformatika. 2011; 12: 253. 21693065 [PubMed]
  • Lê Cao KA, González I., Déjean S. integrOmics: R paketas, skirtas atskleisti ryšius tarp dviejų omikos duomenų rinkinių. BioInformatika. 2009;25(21):2855–2856. 19706745 [PubMed]
  • Lê Cao KA, Martin PG, Robert-Granié C., Besse P. Trumpi kanoniniai metodai biologinių duomenų integracijai: taikymas tarpplatforminiam tyrimui. BMC Bioinformatika. 2009; 10: 34. 19171069 [PubMed]
  • Lê Cao KA, Rossouw D., Robert-Granié C., Besse P. Trumpas PLS, skirtas kintamam atrankai integruojant omikų duomenis. Stat. Appl. Genet. Mol. Biol. 2008, 7 (1): 35. 19049491 [PubMed]
  • Lê Cao KA, Rossouw D., Robert-Granié C., Besse P. Trumpas PLS, skirtas kintamam atrankai integruojant omikų duomenis. Stat. Appl. Genet. Mol. Biol. 2008, 7 (1): 35. 19049491 [PubMed]
  • Loveman E., Frampton GK, Shepherd J., Picot J., Cooper K., Bryant J., Welch K., Clegg A. Ilgalaikio svorio valdymo schemų suaugusiesiems klinikinis veiksmingumas ir rentabilumas: sisteminė peržiūra . Sveikatos technologijos. Įvertinkite. 2011;15(2):1–182. 21247515 [PubMed]
  • Menon V., Uddin LQ Lokalumas, perjungimas, dėmesys ir kontrolė: Insula funkcijos tinklo modelis. Smegenų struktūra. Veikia. 2010;214(5–6):655–667. 20512370 [PubMed]
  • Mori S., Crain BJ, Chacko VP, van Zijl PC Trimatė ašių projekcijų stebėjimas smegenyse magnetinio rezonanso vaizdavimo būdu. Ann. Neurolis. 1999;45(2):265–269. 9989633 [PubMed]
  • Morrow JD, Maren S., Robinson TE Individualus polinkis priskirti skatinamąjį atributą apetitiniam atspalviui lemia polinkį priskirti motyvacinį pagarbą aversyviam atspalviui. Behav. Brain Res. 2011;220(1):238–243. 21316397 [PubMed]
  • Pannacciulli N., Del Parigi A., Chen K., Le DS, Reiman EM, Tataranni PA smegenų anomalijos žmogaus nutukime: vokselio pagrindu atliktas morfometrinis tyrimas. Neuroimage. 2006;31(4):1419–1425. 16545583 [PubMed]
  • Purnell JQ, Lahna DL, Samuels MH, Rooney WD, Hoffman WF „Pons-to-hypothalamic“ baltųjų medžiagų bėgių praradimas smegenų audinio nutukime. Int J Obes (Lond) 2014; 38: 1573-1577. 24727578 [PubMed]
  • Raji CA, Ho AJ, Parikshak NN, Becker JT, Lopez OL, Kuller LH, Hua X., Leow AD, Toga AW, Thompson PM smegenų struktūra ir nutukimas. Hum. Brain Mapp. 2010;31(3):353–364. 19662657 [PubMed]
  • Rothemund Y., Preuschhof C., Bohner G., Bauknecht HC, Klingebiel R., Flor H., Klapp BF Diferencialinis didelio kaloringumo regėjimo maisto dirgiklių aktyvinimas nutukusiems asmenims. Neuroimage. 2007;37(2):410–421. 17566768 [PubMed]
  • Seeley WW, Menon V., Schatzberg AF, Keller J., Glover GH, Kenna H., Reiss AL, Greicius MD Nesuteikiami vidiniai ryšių tinklai, skirti svarbiausiam apdorojimui ir vykdomai kontrolei. J. Neurosci. 2007;27(9):2349–2356. 17329432 [PubMed]
  • Seeley WW, Menon V., Schatzberg AF, Keller J., Glover GH, Kenna H., Reiss AL, Greicius MD Nesuteikiami vidiniai ryšių tinklai, skirti svarbiausiam apdorojimui ir vykdomai kontrolei. J. Neurosci. 2007;27(9):2349–2356. 17329432 [PubMed]
  • Sheehan DV, Lecrubier Y., Sheehan KH, Amorim P., Janavs J., Weiller E., Hergueta T., Baker R., Dunbar GC Mini-International Neuropsichiatrinis interviu (MINI): struktūrizuotos diagnostikos kūrimas ir patvirtinimas psichiatrijos interviu DSM-IV ir ICD-10. J. Clin. Psichiatrija. 1998;59(Suppl. 20):22–33. 9881538 [Viktorina 34 – 57] [PubMed]
  • Shott ME, Cornier MA, Mittal VA, Pryor TL, Orr JM, Brown MS, Frank GK Orbitofrontalinis žievės tūris ir smegenų atlygio atsakas nutukime. Int J Obes (Lond) 2014 25027223 [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  • Stanek KM, Grieve SM, Brickman AM, Korgaonkar MS, Paul RH, Cohen RA, Gunstad JJ nutukimas yra susijęs su sumažėjusiu baltos medžiagos vientisumu kitaip sveikiems suaugusiems. Nutukimas (sidabro pavasaris) 2011;19(3):500–504. 21183934 [PubMed]
  • Stice E., Yokum S., Burger KS, Epstein LH, Small DM Jaunimas, kuriam gresia nutukimas, rodo didesnį striatalų ir somatosensorinių regionų aktyvumą maistui. J. Neurosci. 2011;31(12):4360–4366. 21430137 [PubMed]
  • „Stoeckel LE“, „Weller RE“, „Cook EW“, „3rd“, „Twieg DB“, „Knowlton RC“, „Cox JE“. Neuroimage. 2008;41(2):636–647. 18413289 [PubMed]
  • Sullivan EV, Rohlfing T., Pfefferbaum A. Išilginis pokalbio mikrostruktūros tyrimas normalaus suaugusiųjų senėjimo smegenyse, naudojant kiekybinį DTI pluošto sekimą. Dev. Neuropsicholis. 2010;35(3):233–256. 20446131 [PubMed]
  • Terranova L., Busetto L., Vestri A., Zappa MA Bariatrinė chirurgija: ekonominis efektyvumas ir poveikis biudžetui. Obes. Surg. 2012;22(4):646–653. 22290621 [PubMed]
  • Volkow ND, Frascella J., Friedman J., Saper CB, Baldo B., Rolls ET, Mennella JA, Dallman MF, Wang GJ, LeFur G. Nutukimo neurobiologija: santykiai su priklausomybe. Neuropsichofarmakologija. 2004; 29: S29 – S30.
  • „Volkow ND“, „Wang GJ“, „Baler RD“ premija, dopaminas ir maisto suvartojimo kontrolė: pasekmės nutukimui. „Cogn“ tendencijos. Sci. 2011;15(1):37–46. 21109477 [PubMed]
  • Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F. Uždengiančios neuronų grandinės priklausomybėje ir nutukime: sistemų patologijos įrodymai. Filosas. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 2008;363(1507):3191–3200. 18640912 [PubMed]
  • Pasaulio sveikatos organizacija (PSO) Nutukimas. 2014. I.
  • Xu J., Li Y., Lin H., Sinha R., Potenza MN Kūno masės indeksas neigiamai koreliuoja su baltos medžiagos vientisumu fornix ir corpus callosum: difuzijos tenzoriaus vaizdavimo tyrime. Hum. Brain Mapp. 2013;34(5):1044–1052. 22139809 [PubMed]
  • Yau PL, Javier DC, Ryan CM, Tsui WH, Ardekani BA, Ten S., Convit A. Preliminarūs smegenų komplikacijų 2 tipo cukriniu diabetu sergantiems nutukusiems paaugliams įrodymai. Diabetologia. 2010;53(11):2298–2306. 20668831 [PubMed]
  • Yau PL, Kang EH, Javier DC, Convit A. Preliminarūs kognityvinių ir smegenų anomalijų nekomplikuotų paauglių nutukimo požymiai. Nutukimas (sidabro pavasaris) 2014;22(8):1865–1871. 24891029 [PubMed]
  • Zald DH Žmogaus amygdala ir emocinis emocinių stimulų įvertinimas. Brain Res. Brain Res. Rev. 2003;41(1):88–123. 12505650 [PubMed]
  • Zigmond AS, Snaith RP Ligoninės nerimo ir depresijos skalė. Acta Psychiatr. Scand. 1983;67(6):361–370. 6880820 [PubMed]