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在ADHD上“休息脑”棚灯的活动模式

在ADHD上“休息脑”棚灯的活动模式

发布:2016年9月30日
静息期大脑的活动模式揭示了ADHD

从季度,2016年9月

“你的工作就是弄清楚什么是多动症。”这些词语,十年前,帮助塑造了职业生涯F. Xavier Castellanos,M.D.他是脑功能成像领域的领导者。这句命令更多的是作为一种友好的鼓励,是由他的导师,朱迪思Rapoport,M.D.他是基金会科学委员会的长期成员,也是儿童精神病学分会的主任国家心理健康研究所

如今,尽管卡斯特利亚诺斯谦虚地坚持认为,大脑的研究仍处于起步阶段,但他和同事们已经在实现拉波波特的愿望方面取得了巨大进展。去年,他的许多成就得到了基金会的认可,他被提名为卢恩儿童和青少年精神病学研究杰出成就奖的共同获得者。

注意力缺陷多动障碍是最常见的神经发育障碍,影响至少5%的儿童和青少年,可能高达9.5%。卡斯特利亚诺斯指出,上世纪90年代末的一项实验改变了他对该障碍的研究方向。

当时,他和一位同事决定进行一个简单的眼球追踪实验。多动症已经被诊断了几十年的医生在诊所里很好地描述了,但在生物学上却没有很好地理解。它的典型症状——儿童难以集中注意力,行为冲动,有时极度活跃——被认为反映了大脑研究人员所说的执行功能的缺陷。由于哌醋甲酯(利他林)等兴奋剂通常能有效抑制多动症的症状,因此进一步推测,这种障碍可能与大脑奖励系统和携带信息的神经递质多巴胺的异常有关。

与Daniel Hommer,M.D.Castellanos博士合作,选择了两组被放置的孩子,一次放在一个黑暗的房间里,坐在电脑屏幕上。孩子们被诊断出患有ADHD;其他人没有adhd。“我们要求他们在屏幕中心看一个点燃点,直到它脱落。我们没有告诉他们将要多长时间,但间隔设置为21秒,“Castellanos博士召回。在那部分分钟中,“没有adhd的孩子平均地从屏幕上看,平均一次。adhd的孩子们平均看了11次。“

这是一个有趣的结果,因为患有ADHD的儿童很难集中注意力。但是当科学家们在多动症组的孩子身上重复这个实验时,奇怪的事情发生了。“在第一次试验中,眼睛在房间里到处乱转的孩子们,在第二次试验中主要集中在屏幕上;那些第一次集中注意力的学生现在表现很差。在两个试验中,几乎没有一个孩子得到相同的结果!Castellanos博士说:“这确实说明了ADHD患儿的多样性。”

偶然地,在实验的时候,他已经被同事引入了一个新的研究领域,这些研究领域涉及使用磁共振成像(MRI)在被称为“休息状态”中的人类脑中研究 - 当不是从事一个有意识的任务。以前,“功能MRI”已被用来查看当一个人被要求做一个人在计算机屏幕中心的小点上进行特定的精神任务 - 或者添加一列时,“亮起”数字。这些任务相关的脑活动产生局部变化,含氧血液递送到特定的脑区域,并且在FMRI中,这被翻译成可见信号。

首先在1995年进行,休息状态FMRI扫描(R-FMRI)揭示了意外的东西。“休息”大脑也是活跃的,并且以高度特征的方式活跃,在不同年龄,不同年龄的不同个人,不同年龄的不同形式。

R-FMRI表明大脑的大喘息于同步 - 速度非常缓慢。大多数“与任务相关”脑信号传导的时间质量是百分之一的增量。在静止状态大脑中令人惊讶的是,大规模神经网络之间产生的信号在多秒钟内波动,有时在波浪上持续超过半分钟。

所有这一切都反对大脑如何运作的普遍理论。看着休息状态的大脑的能量是多少,对于Castellanos博士至关重要的启示。这种大脑消耗了大约20%的身体能量,即使它占据了群众的小数,而且很明显,它致力于大多数能量来维持在静止状态。“大脑在这种内在的活动中投入了这么多,它必须表明一些深刻的东西,”他说。

事实证明,人类的大脑就像一台电脑,操作系统需要不断地在后台运行,特定的“应用程序”会在上面启动。当这些任务被执行时——例如,当大脑接收到来自感官的数据并进行处理时——组成静息状态“默认网络”的大脑部分会受到一定程度的抑制。但他们的活动永远不会停止,当大脑在重新投入到下一个任务之前暂停时,他们的活动往往会再次停止。

卡斯特利亚诺斯博士在上世纪90年代的实验中发现,ADHD儿童注意力不集中的能力不一致,再加上该疾病的其他行为症状,包括测量反应时间的测试的显著差异性,让他对受ADHD影响的大脑进行了成像。关于该疾病的流行理论指出,连接前额叶皮层(执行功能)、纹状体(奖励系统)和小脑(运动控制)的环路功能障碍。2007年,他和他的同事Edmund Sonuga-Barke博士提出了一个有影响力的建议,即ADHD的病理远远超出了这个回路。他们提出,它涉及许多不同的大规模静息态网络。具体来说,他们认为,默认网络的某些部分正在脱离同步激活的状态,并出现症状。

在中间的岁月中,功能性成像在Castellanos博士的话语中以技术术语“巨大飞跃”。今天使用功能MRI获得的图像是高清电视对粒状,黑白电视技术的等同物。解决方案大大提高,研究人员已经启发了组装大型人群的庞大数据集。结果,今天的功能性脑成像是为了帮助解释障碍的病理学,不仅是ADHD,而且可能是抑郁,焦虑和其他条件。

到目前为止,已经完成的成像项目提出了一些有趣的问题,包括“正常”意味着什么。扫描显示了科学家们所谓的个体间细微差异,并已促使一些专家开始思考,从大规模神经网络的功能角度了解大脑是否会改变疾病诊断和分类的方式。

在过去的十年里,关于ADHD和静息状态功能磁共振成像的大量研究已经发表,并得出了一些临时结论。一个结论是,当大脑面临需要注意力的特定任务时,对默认网络活动的抑制减弱,似乎与注意力缺失有关,而注意力缺失是多动症的主要症状之一。

另一组有趣的发现是关于接受兴奋剂治疗的ADHD患者的脑部扫描。这些研究表明,在服用药物的患者中,大脑的两个重要部分——前额叶皮质和后扣带皮层——对默认网络的抑制恢复到了正常水平。这说明了为什么这种药物能够帮助一些病人。另外,另一项研究表明,在没有服药的情况下进行扫描的ADHD青少年并没有关闭他们的默认网络,除非他们得到了执行特定任务的强烈行为激励。

正如CastellanoS博士所指出的那样,这两种结果都在ADHD中指出了默认网络的失效,而不是其基本障碍“。这是一个重要的区别,暗示可以与治疗中的同步带回来,而不是根本无法运作的机制。

随着研究的推进,研究人员继续研究从ADHD静息状态成像中产生的最重要的理论:默认网络和控制我们认知能力的网络之间的关系,这些网络是注意力缺失和行为调节障碍的基础。Castellanos博士说:“我们相信,我们已经确定的功能网络之间的相互作用很可能会形成可区分的神经生物学模式,从而为这种疾病的有意义的亚型提供基础,这种亚型在人与人之间有显著差异。”

需要:大脑生长图

当他在居住培训时,Castellanos博士在两种专业中均匀地将他的时间均匀地划分,这意味着在儿科和儿童精神病学之间定期重视注意力。这是25年前,两个领域的分离很明显,比今天的情况更多。

卡斯特利亚诺斯回忆起,在最初的日子里,她曾被要求咨询一个案例,其中涉及一个新生儿未能茁壮成长,显然是因为她的母亲在母乳喂养方面有困难。护士们建议给婴儿吃配方奶粉,但那位母亲拒绝了。“你是精神病医生,”他们恳求卡斯特利亚诺斯医生,“你肯定能说服她改变主意。”

相反,他决定给这位母亲一个机会去做她认为最好的事情,但要在监督的范围内:他会拿一张标准的婴儿生长图表,并根据它的曲线绘制挣扎中的婴儿的成长或缺乏成长的曲线。一切都取决于婴儿的体重与既定标准的比较。如果婴儿继续发育不良,出于对其健康的考虑,她将被喂食配方奶粉,并可能进行检查,以确定是否患有未被发现的疾病。

卡斯特利亚诺斯博士讲述这个故事有两个原因。一种是提出一个简单的观察结果是多么令人满意:继续母乳喂养,孩子最终开始增重。他说:“有了一张(显示正常生长曲线的)纸,花费不到一美分,再加上几个铅笔记号(标出婴儿一天天长大的体重),我就省下了价值3万美元的检测费用。”

但更令人印象深刻,对他随后的职业生涯更令人印象深刻,是第二课:“当你知道要衡量的东西时,你衡量它,它是非常强大的,”

Castellanos博士说。在这种情况下,全部取决于强大的科学,产生了“正常”生长的曲线。他说:“那个图表是根据从超过50,000名儿童收集的数据制作的,”他说。“过去只有数万人的数据的平均值,使我们今天能够预测。”

Castellanos博士致力于他的职业生涯的大脑成像研究将这一课献给了这一课。成像用于展示人类的大脑,因为它在生活中运作。目前尚未为大脑的不同部位相当于“增长图表”,因为它们从子宫中的时期发展到青春期结束。但是,这是Castellanos博士的“Rosetta Stone”重要的一些工具中的一个,他和功能成像领域的其他人在发展中。

“我们仍处于量化大脑结构和功能的早期阶段。我们仍处于学习衡量什么、什么是相关的阶段。”“这是一个巨大的挑战。但是…哇!到目前为止,我们所了解到的一切都是惊人的!”

静息期大脑的活动模式揭示了ADHD2016年9月30日,星期五

从季度,2016年9月

“你的工作就是弄清楚什么是多动症。”这些词语,十年前,帮助塑造了职业生涯F. Xavier Castellanos,M.D.他是脑功能成像领域的领导者。这句命令更多的是作为一种友好的鼓励,是由他的导师,朱迪思Rapoport,M.D.他是基金会科学委员会的长期成员,也是儿童精神病学分会的主任国家心理健康研究所

如今,尽管卡斯特利亚诺斯谦虚地坚持认为,大脑的研究仍处于起步阶段,但他和同事们已经在实现拉波波特的愿望方面取得了巨大进展。去年,他的许多成就得到了基金会的认可,他被提名为卢恩儿童和青少年精神病学研究杰出成就奖的共同获得者。

注意力缺陷多动障碍是最常见的神经发育障碍,影响至少5%的儿童和青少年,可能高达9.5%。卡斯特利亚诺斯指出,上世纪90年代末的一项实验改变了他对该障碍的研究方向。

当时,他和一位同事决定进行一个简单的眼球追踪实验。多动症已经被诊断了几十年的医生在诊所里很好地描述了,但在生物学上却没有很好地理解。它的典型症状——儿童难以集中注意力,行为冲动,有时极度活跃——被认为反映了大脑研究人员所说的执行功能的缺陷。由于哌醋甲酯(利他林)等兴奋剂通常能有效抑制多动症的症状,因此进一步推测,这种障碍可能与大脑奖励系统和携带信息的神经递质多巴胺的异常有关。

与Daniel Hommer,M.D.Castellanos博士合作,选择了两组被放置的孩子,一次放在一个黑暗的房间里,坐在电脑屏幕上。孩子们被诊断出患有ADHD;其他人没有adhd。“我们要求他们在屏幕中心看一个点燃点,直到它脱落。我们没有告诉他们将要多长时间,但间隔设置为21秒,“Castellanos博士召回。在那部分分钟中,“没有adhd的孩子平均地从屏幕上看,平均一次。adhd的孩子们平均看了11次。“

这是一个有趣的结果,因为患有ADHD的儿童很难集中注意力。但是当科学家们在多动症组的孩子身上重复这个实验时,奇怪的事情发生了。“在第一次试验中,眼睛在房间里到处乱转的孩子们,在第二次试验中主要集中在屏幕上;那些第一次集中注意力的学生现在表现很差。在两个试验中,几乎没有一个孩子得到相同的结果!Castellanos博士说:“这确实说明了ADHD患儿的多样性。”

偶然地,在实验的时候,他已经被同事引入了一个新的研究领域,这些研究领域涉及使用磁共振成像(MRI)在被称为“休息状态”中的人类脑中研究 - 当不是从事一个有意识的任务。以前,“功能MRI”已被用来查看当一个人被要求做一个人在计算机屏幕中心的小点上进行特定的精神任务 - 或者添加一列时,“亮起”数字。这些任务相关的脑活动产生局部变化,含氧血液递送到特定的脑区域,并且在FMRI中,这被翻译成可见信号。

首先在1995年进行,休息状态FMRI扫描(R-FMRI)揭示了意外的东西。“休息”大脑也是活跃的,并且以高度特征的方式活跃,在不同年龄,不同年龄的不同个人,不同年龄的不同形式。

R-FMRI表明大脑的大喘息于同步 - 速度非常缓慢。大多数“与任务相关”脑信号传导的时间质量是百分之一的增量。在静止状态大脑中令人惊讶的是,大规模神经网络之间产生的信号在多秒钟内波动,有时在波浪上持续超过半分钟。

所有这一切都反对大脑如何运作的普遍理论。看着休息状态的大脑的能量是多少,对于Castellanos博士至关重要的启示。这种大脑消耗了大约20%的身体能量,即使它占据了群众的小数,而且很明显,它致力于大多数能量来维持在静止状态。“大脑在这种内在的活动中投入了这么多,它必须表明一些深刻的东西,”他说。

事实证明,人类的大脑就像一台电脑,操作系统需要不断地在后台运行,特定的“应用程序”会在上面启动。当这些任务被执行时——例如,当大脑接收到来自感官的数据并进行处理时——组成静息状态“默认网络”的大脑部分会受到一定程度的抑制。但他们的活动永远不会停止,当大脑在重新投入到下一个任务之前暂停时,他们的活动往往会再次停止。

卡斯特利亚诺斯博士在上世纪90年代的实验中发现,ADHD儿童注意力不集中的能力不一致,再加上该疾病的其他行为症状,包括测量反应时间的测试的显著差异性,让他对受ADHD影响的大脑进行了成像。关于该疾病的流行理论指出,连接前额叶皮层(执行功能)、纹状体(奖励系统)和小脑(运动控制)的环路功能障碍。2007年,他和他的同事Edmund Sonuga-Barke博士提出了一个有影响力的建议,即ADHD的病理远远超出了这个回路。他们提出,它涉及许多不同的大规模静息态网络。具体来说,他们认为,默认网络的某些部分正在脱离同步激活的状态,并出现症状。

在中间的岁月中,功能性成像在Castellanos博士的话语中以技术术语“巨大飞跃”。今天使用功能MRI获得的图像是高清电视对粒状,黑白电视技术的等同物。解决方案大大提高,研究人员已经启发了组装大型人群的庞大数据集。结果,今天的功能性脑成像是为了帮助解释障碍的病理学,不仅是ADHD,而且可能是抑郁,焦虑和其他条件。

到目前为止,已经完成的成像项目提出了一些有趣的问题,包括“正常”意味着什么。扫描显示了科学家们所谓的个体间细微差异,并已促使一些专家开始思考,从大规模神经网络的功能角度了解大脑是否会改变疾病诊断和分类的方式。

在过去的十年里,关于ADHD和静息状态功能磁共振成像的大量研究已经发表,并得出了一些临时结论。一个结论是,当大脑面临需要注意力的特定任务时,对默认网络活动的抑制减弱,似乎与注意力缺失有关,而注意力缺失是多动症的主要症状之一。

另一组有趣的发现是关于接受兴奋剂治疗的ADHD患者的脑部扫描。这些研究表明,在服用药物的患者中,大脑的两个重要部分——前额叶皮质和后扣带皮层——对默认网络的抑制恢复到了正常水平。这说明了为什么这种药物能够帮助一些病人。另外,另一项研究表明,在没有服药的情况下进行扫描的ADHD青少年并没有关闭他们的默认网络,除非他们得到了执行特定任务的强烈行为激励。

正如CastellanoS博士所指出的那样,这两种结果都在ADHD中指出了默认网络的失效,而不是其基本障碍“。这是一个重要的区别,暗示可以与治疗中的同步带回来,而不是根本无法运作的机制。

随着研究的推进,研究人员继续研究从ADHD静息状态成像中产生的最重要的理论:默认网络和控制我们认知能力的网络之间的关系,这些网络是注意力缺失和行为调节障碍的基础。Castellanos博士说:“我们相信,我们已经确定的功能网络之间的相互作用很可能会形成可区分的神经生物学模式,从而为这种疾病的有意义的亚型提供基础,这种亚型在人与人之间有显著差异。”

需要:大脑生长图

当他在居住培训时,Castellanos博士在两种专业中均匀地将他的时间均匀地划分,这意味着在儿科和儿童精神病学之间定期重视注意力。这是25年前,两个领域的分离很明显,比今天的情况更多。

卡斯特利亚诺斯回忆起,在最初的日子里,她曾被要求咨询一个案例,其中涉及一个新生儿未能茁壮成长,显然是因为她的母亲在母乳喂养方面有困难。护士们建议给婴儿吃配方奶粉,但那位母亲拒绝了。“你是精神病医生,”他们恳求卡斯特利亚诺斯医生,“你肯定能说服她改变主意。”

相反,他决定给这位母亲一个机会去做她认为最好的事情,但要在监督的范围内:他会拿一张标准的婴儿生长图表,并根据它的曲线绘制挣扎中的婴儿的成长或缺乏成长的曲线。一切都取决于婴儿的体重与既定标准的比较。如果婴儿继续发育不良,出于对其健康的考虑,她将被喂食配方奶粉,并可能进行检查,以确定是否患有未被发现的疾病。

卡斯特利亚诺斯博士讲述这个故事有两个原因。一种是提出一个简单的观察结果是多么令人满意:继续母乳喂养,孩子最终开始增重。他说:“有了一张(显示正常生长曲线的)纸,花费不到一美分,再加上几个铅笔记号(标出婴儿一天天长大的体重),我就省下了价值3万美元的检测费用。”

但更令人印象深刻,对他随后的职业生涯更令人印象深刻,是第二课:“当你知道要衡量的东西时,你衡量它,它是非常强大的,”

Castellanos博士说。在这种情况下,全部取决于强大的科学,产生了“正常”生长的曲线。他说:“那个图表是根据从超过50,000名儿童收集的数据制作的,”他说。“过去只有数万人的数据的平均值,使我们今天能够预测。”

Castellanos博士致力于他的职业生涯的大脑成像研究将这一课献给了这一课。成像用于展示人类的大脑,因为它在生活中运作。目前尚未为大脑的不同部位相当于“增长图表”,因为它们从子宫中的时期发展到青春期结束。但是,这是Castellanos博士的“Rosetta Stone”重要的一些工具中的一个,他和功能成像领域的其他人在发展中。

“我们仍处于量化大脑结构和功能的早期阶段。我们仍处于学习衡量什么、什么是相关的阶段。”“这是一个巨大的挑战。但是…哇!到目前为止,我们所了解到的一切都是惊人的!”