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脑网络活动中的模式显示抑郁症的不同生物亚型

脑网络活动中的模式显示抑郁症的不同生物亚型

发布:2019年6月30日
脑网络活动中的模式显示抑郁症的不同生物亚型

故事亮点

神经科学正开始了解引起多种不同症状组合的生物学过程,这些症状组合可能导致抑郁症的诊断。我们的故事解释了2013年BBRF青年研究员Conor Liston博士如何利用“大数据”,在1188名患者的脑部扫描中发现了4种可被客观测量的抑郁症亚型,而不是通过解释患者的症状报告。这些“生物类型”在预测哪些患者对特定的抑郁症治疗有反应或没有反应方面很有用。

来自BBRF亚博内部群杂志- 2019年7月号

Conor Liston,医学博士,博士致力于更精确的诊断和个体化治疗

2013年BBRF年轻的调查员Conor Liston博士在描述他的实验室集团在威尔康奈尔医学院的重要研究中的进展中谦虚,这导致了一种新的分类方式,也许,治疗抑郁症。这是潜在的疏忽的研究,但仍然非常“正在进行中的工作”。

几年前,这项研究甚至可以做出甚至可能反映出他的领域的快速进步,许多人称之为革命。

”的一件事情让我兴奋上班每天我想很多人在神经感觉的方法是我们的研究正在改变现在惊人的新技术使我们能够以新的方式提问,似乎像科幻小说仅仅几年前,”斯通博士说。

例如,他说:“提供在特定时刻或在特定行为中正在做什么小组的读出的工具。”如过去,只要能够在过去,基于高级成像技术的新工具“能够在不同脑区互动时实时查看数千个或潜在数百万个细胞的新工具。“

这种能力在利斯顿博士的研究中至关重要,该研究试图解决行为如何与大脑中涉及数百万神经元的行为相关联的难题——这些行为在十分之一秒到千分之一秒的细微间隔内发生变化。

“让我给你举个例子,”他说。“每次你打算为追求奖励而行动时,你的大脑就会对好处进行评估,根据你为获得奖励所期望付出的努力来衡量你期望得到的奖励的大小。”

“我们认为,这种被我们称为努力评估的大脑功能可能在抑郁症和其他大脑疾病中受到干扰,可能是以不同的方式。抑郁症患者经常会抱怨,他们早上根本没有动力起床,也没有动力去从事那些曾经给他们带来快乐的活动。”

“We’re trying to break down that experience, which we call anhedonia,” he says, in terms of its biological components—“to understand how brain circuits are supporting different elements of those ‘effort-evaluation’ computations, and how they’re affected by factors such as stress, or taking antidepressants.”

特别是,利斯顿博士的实验室正试图了解神经元之间连接强度的变化——也就是所谓的突触重塑——如何影响微电路(连接一个小区域内成百上千个神经元的电路)的功能,以及这些变化如何影响大脑中更大的网络。

利斯顿实验室的另一个重要工具是核磁共振成像。大多数人对它很熟悉,因为它在医学上的广泛应用,可以在我们跑完5公里后跛着脚回家或发现自己无法挥动网球拍时找出问题所在。与神经科学相适应,核磁共振可以揭示大脑的不同部分是如何运作的——一个特定的刺激,比如看到一个人笑或皱眉的照片,是如何导致大脑不同部分的神经元放电的。这被称为功能性磁共振成像(fMRI),它也是利斯顿博士研究的关键促成因素。

轮毂和辐条

功能磁共振成像如何帮助我们理解精神疾病?利斯顿博士用任何航空旅行者都能欣赏的方式解释道。“我们的机场采用中心辐条系统组织。像奥黑尔机场、肯尼迪机场或洛杉矶国际机场这样的机场有很多航班。航空网络是有组织的,从A点到B点,你可能必须通过一个或多个枢纽。我们认为大脑也有类似的组织方式。一些大脑区域就像中枢,而其他区域则与它们相连。”

当人们考虑到以这种方式组织的网络如何变得混乱时,这个类比就变得生动起来。“假设波士顿的天气很糟糕,”利斯顿博士说。“这个集线器的问题会渗透到网络的其他部分。波士顿的延误将导致纽约、甚至丹佛的航班延误,以及与其他地区的航班延误。”

“这种性能 - 同步 - 集线器不在同步 - 类似于我们认为在某些精神病疾病中的大脑中发生的东西,”哈顿博士说。集线器的功能障碍在网络中的其他地方具有后果。

2017年初,利斯顿博士领导的一个大型团队在《自然医学》(Nature Medicine)杂志上发表了对功能磁共振成像(fMRI)扫描的大量分析结果。他们从多个医疗机构收集了1,188人的脑部扫描图,其中包括确诊患有抑郁症的人和未患抑郁症的对照组。他们能够训练计算机在这些扫描中发现大脑网络中“功能失调的连接”的独特模式。当其他人进行扫描时,他的团队想出了如何解决这个大样本大脑扫描所带来的大数据问题——与样本中的其他扫描相比,每个扫描都有无数的潜在点需要仔细研究。

该团队发现的错误连接模式可以分为四组,他们认为这是抑郁症的亚型,也被团队称为“生物型”。关于这些生物型,最值得注意的是它们与病人症状的关系,而病人的扫描结果显示了这些症状。另一个原因是,这四种生物类型可能会告诉研究人员患者对治疗的反应。

利斯顿博士解释说,抑郁症是不同质的。“抑郁有很多不同的方式,”他说。《诊断与统计手册》(Diagnostic and Statistical Manual,简称DSM)称,如果你有9种症状中的5种或5种以上,就符合抑郁症的标准。这意味着一个患者可以表现出256种独特的症状组合,并且仍然可以被诊断为抑郁症。”

利斯顿博士说,神经科学正逐渐开始理解,我们目前如何用宽泛的诊断捆绑来定义精神疾病,比如“抑郁症”,实际上可能是理解影响个体患者的潜在生物学的障碍。这解释了研究背后的基本原理,该研究导致了四种抑郁症生物类型的发现。

寻求客观措施

Dr. Liston says his team “flipped upside down” the usual procedure: rather than look for depression subtypes based on patients’ symptoms and then asking whether there are known biological factors that correspond with those symptom-based subtypes, “we asked whether we could identify in a datadriven way any subtypes that were based strictly on biological measures. Objective measures—things you can measure in the patient’s blood or in brain scans.”

研究小组确定的四种连接模式——四种抑郁症的生物类型——每一种都对应着不同的症状组合。“例如,一种亚型与高水平的快感缺乏症和低水平的焦虑有关。另一种亚型与高水平的焦虑和低水平的快感缺乏症相反,它们在其他方面也会分解。”

利斯顿博士说,“这项研究最令人兴奋的地方”是发现不同亚型的患者对一种叫做经颅磁刺激(TMS)的抑郁症治疗有不同的反应。TMS是一种非侵入性的脑刺激,患者接受为期37分钟的标准化治疗,通常为4至6周的疗程,每周5次。“我们从以前的研究中知道,患者对经颅磁刺激反应的可能性至少与他或她的大脑网络的组织方式有一定的关系。”

因为《自然医学》的研究是基于已经接受过治疗的患者的数据,研究小组可以了解哪些患者接受了tmtherapy,哪些患者对其有反应。反应者绝大多数都属于研究中发现的四种生物类型中的一种——数据显示,如果你属于这一类患者,你接受经颅磁刺激治疗的可能性要高出三倍。

该生物型患者的临床症状本身并不能预测对经颅磁刺激的反应;只有当不同的症状组合与大脑连接模式相关时,这些有价值的信息才会出现。

“我们并不是说抑郁症只有四种亚型,”里斯顿博士强调说,“或者我们定义它们的方式是可能的最佳方式。相反,我们认为很可能有许多抑郁症的亚型可以根据客观的生物学数据来定义。我们确信,通过稳步改进方法和更大的数据集,我们和其他人将能够提出更好的方法来捕捉抑郁症的异质性,这将揭示其他亚型、其他类型的相关性和生物标记。”

Dr. Liston’s team is now engaged in studies designed to confirm the biotypes of depression already discovered, and separately, “whether the brain network dysfunctions that define them predict different combinations of symptoms that doctors see in the clinic, and whether biotypes can help direct patient care by correlating depression subtypes with treatments that are most likely to help specific patients.”

- - - - - -彼得·塔尔(Peter Tarr)著

点击这里阅读大脑和行为杂志2019年7月问题亚博内部群

脑网络活动中的模式显示抑郁症的不同生物亚型2019年6月30日(星期日)

来自BBRF亚博内部群杂志- 2019年7月号

Conor Liston,医学博士,博士致力于更精确的诊断和个体化治疗

2013年BBRF年轻的调查员Conor Liston博士在描述他的实验室集团在威尔康奈尔医学院的重要研究中的进展中谦虚,这导致了一种新的分类方式,也许,治疗抑郁症。这是潜在的疏忽的研究,但仍然非常“正在进行中的工作”。

几年前,这项研究甚至可以做出甚至可能反映出他的领域的快速进步,许多人称之为革命。

”的一件事情让我兴奋上班每天我想很多人在神经感觉的方法是我们的研究正在改变现在惊人的新技术使我们能够以新的方式提问,似乎像科幻小说仅仅几年前,”斯通博士说。

例如,他说:“提供在特定时刻或在特定行为中正在做什么小组的读出的工具。”如过去,只要能够在过去,基于高级成像技术的新工具“能够在不同脑区互动时实时查看数千个或潜在数百万个细胞的新工具。“

这种能力在利斯顿博士的研究中至关重要,该研究试图解决行为如何与大脑中涉及数百万神经元的行为相关联的难题——这些行为在十分之一秒到千分之一秒的细微间隔内发生变化。

“让我给你举个例子,”他说。“每次你打算为追求奖励而行动时,你的大脑就会对好处进行评估,根据你为获得奖励所期望付出的努力来衡量你期望得到的奖励的大小。”

“我们认为,这种被我们称为努力评估的大脑功能可能在抑郁症和其他大脑疾病中受到干扰,可能是以不同的方式。抑郁症患者经常会抱怨,他们早上根本没有动力起床,也没有动力去从事那些曾经给他们带来快乐的活动。”

“We’re trying to break down that experience, which we call anhedonia,” he says, in terms of its biological components—“to understand how brain circuits are supporting different elements of those ‘effort-evaluation’ computations, and how they’re affected by factors such as stress, or taking antidepressants.”

特别是,利斯顿博士的实验室正试图了解神经元之间连接强度的变化——也就是所谓的突触重塑——如何影响微电路(连接一个小区域内成百上千个神经元的电路)的功能,以及这些变化如何影响大脑中更大的网络。

利斯顿实验室的另一个重要工具是核磁共振成像。大多数人对它很熟悉,因为它在医学上的广泛应用,可以在我们跑完5公里后跛着脚回家或发现自己无法挥动网球拍时找出问题所在。与神经科学相适应,核磁共振可以揭示大脑的不同部分是如何运作的——一个特定的刺激,比如看到一个人笑或皱眉的照片,是如何导致大脑不同部分的神经元放电的。这被称为功能性磁共振成像(fMRI),它也是利斯顿博士研究的关键促成因素。

轮毂和辐条

功能磁共振成像如何帮助我们理解精神疾病?利斯顿博士用任何航空旅行者都能欣赏的方式解释道。“我们的机场采用中心辐条系统组织。像奥黑尔机场、肯尼迪机场或洛杉矶国际机场这样的机场有很多航班。航空网络是有组织的,从A点到B点,你可能必须通过一个或多个枢纽。我们认为大脑也有类似的组织方式。一些大脑区域就像中枢,而其他区域则与它们相连。”

当人们考虑到以这种方式组织的网络如何变得混乱时,这个类比就变得生动起来。“假设波士顿的天气很糟糕,”利斯顿博士说。“这个集线器的问题会渗透到网络的其他部分。波士顿的延误将导致纽约、甚至丹佛的航班延误,以及与其他地区的航班延误。”

“这种性能 - 同步 - 集线器不在同步 - 类似于我们认为在某些精神病疾病中的大脑中发生的东西,”哈顿博士说。集线器的功能障碍在网络中的其他地方具有后果。

2017年初,利斯顿博士领导的一个大型团队在《自然医学》(Nature Medicine)杂志上发表了对功能磁共振成像(fMRI)扫描的大量分析结果。他们从多个医疗机构收集了1,188人的脑部扫描图,其中包括确诊患有抑郁症的人和未患抑郁症的对照组。他们能够训练计算机在这些扫描中发现大脑网络中“功能失调的连接”的独特模式。当其他人进行扫描时,他的团队想出了如何解决这个大样本大脑扫描所带来的大数据问题——与样本中的其他扫描相比,每个扫描都有无数的潜在点需要仔细研究。

该团队发现的错误连接模式可以分为四组,他们认为这是抑郁症的亚型,也被团队称为“生物型”。关于这些生物型,最值得注意的是它们与病人症状的关系,而病人的扫描结果显示了这些症状。另一个原因是,这四种生物类型可能会告诉研究人员患者对治疗的反应。

利斯顿博士解释说,抑郁症是不同质的。“抑郁有很多不同的方式,”他说。《诊断与统计手册》(Diagnostic and Statistical Manual,简称DSM)称,如果你有9种症状中的5种或5种以上,就符合抑郁症的标准。这意味着一个患者可以表现出256种独特的症状组合,并且仍然可以被诊断为抑郁症。”

利斯顿博士说,神经科学正逐渐开始理解,我们目前如何用宽泛的诊断捆绑来定义精神疾病,比如“抑郁症”,实际上可能是理解影响个体患者的潜在生物学的障碍。这解释了研究背后的基本原理,该研究导致了四种抑郁症生物类型的发现。

寻求客观措施

Dr. Liston says his team “flipped upside down” the usual procedure: rather than look for depression subtypes based on patients’ symptoms and then asking whether there are known biological factors that correspond with those symptom-based subtypes, “we asked whether we could identify in a datadriven way any subtypes that were based strictly on biological measures. Objective measures—things you can measure in the patient’s blood or in brain scans.”

研究小组确定的四种连接模式——四种抑郁症的生物类型——每一种都对应着不同的症状组合。“例如,一种亚型与高水平的快感缺乏症和低水平的焦虑有关。另一种亚型与高水平的焦虑和低水平的快感缺乏症相反,它们在其他方面也会分解。”

利斯顿博士说,“这项研究最令人兴奋的地方”是发现不同亚型的患者对一种叫做经颅磁刺激(TMS)的抑郁症治疗有不同的反应。TMS是一种非侵入性的脑刺激,患者接受为期37分钟的标准化治疗,通常为4至6周的疗程,每周5次。“我们从以前的研究中知道,患者对经颅磁刺激反应的可能性至少与他或她的大脑网络的组织方式有一定的关系。”

因为《自然医学》的研究是基于已经接受过治疗的患者的数据,研究小组可以了解哪些患者接受了tmtherapy,哪些患者对其有反应。反应者绝大多数都属于研究中发现的四种生物类型中的一种——数据显示,如果你属于这一类患者,你接受经颅磁刺激治疗的可能性要高出三倍。

该生物型患者的临床症状本身并不能预测对经颅磁刺激的反应;只有当不同的症状组合与大脑连接模式相关时,这些有价值的信息才会出现。

“我们并不是说抑郁症只有四种亚型,”里斯顿博士强调说,“或者我们定义它们的方式是可能的最佳方式。相反,我们认为很可能有许多抑郁症的亚型可以根据客观的生物学数据来定义。我们确信,通过稳步改进方法和更大的数据集,我们和其他人将能够提出更好的方法来捕捉抑郁症的异质性,这将揭示其他亚型、其他类型的相关性和生物标记。”

Dr. Liston’s team is now engaged in studies designed to confirm the biotypes of depression already discovered, and separately, “whether the brain network dysfunctions that define them predict different combinations of symptoms that doctors see in the clinic, and whether biotypes can help direct patient care by correlating depression subtypes with treatments that are most likely to help specific patients.”

- - - - - -彼得·塔尔(Peter Tarr)著

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