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生命学院陈华富、段旭君团队在Biological Psychiatry发表系列孤独症脑影像研究成果
文:单晓龙 图:单晓龙 来源:生命学院 时间:2023-09-28 4484

  近日,生命科学与技术学院陈华富、段旭君教授团队在神经科学与精神病学顶级期刊Biological Psychiatry发表了系列孤独症大脑异质性研究论文。Biological Psychiatry创刊于1969年,旨在推动对精神疾病生物学基础的理解,开发与精神健康相关的生物学和神经科学领域的治疗方法,是精神疾病和神经科学研究领域最重要和最具影响力的期刊之一。Biological Psychiatry是中科院医学大类1区TOP期刊,五年平均影响因子11.9,2023年的影响因子10.6。

  孤独症谱系障碍(Autism spectrum disorder, ASD)是一组以社交沟通障碍、行为和兴趣刻板化为核心症状的神经发育障碍。ASD在基因、大脑结构和功能以及行为等多方面都表现出了高度的异质性。异质性是理解ASD神经机制的最大障碍之一。揭示ASD的异质性将可能为实现更精准的诊断以及更具针对性的干预提供帮助,由此可能提升ASD人士的生活质量。针对ASD异质性,生命学院段旭君、陈华富教授团队开展了一系列研究。

  其中,探究ASD大脑功能异质性的研究论文《Disentangling the individual-shared and individual-specific subspace of altered brain functional connectivity in autism spectrum disorder》于2023年9月被Biological Psychiatry接收。博士生单晓龙为第一作者,段旭君、陈华富教授为通讯作者,电子科技大学为论文第一单位。该研究基于7个中心549名被试的磁共振功能影像,探究了ASD异常功能连接的公共子空间和个体子空间。结果表明,公共子空间的成份反映了ASD的功能连接在组水平上与典型发育(Typically developing, TD),而个体子空间的功能连接异常能更好刻画ASD的核心症状。同时,该研究表明,在个体子空间与默认网络和扣盖网络的相关的功能连接差异强度与ASD的社交障碍和重复刻板行为症状显著相关。

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  图一、ASD大脑功能连接差异公共子空间的成分。(A)公共子空间的三个成分;(B)在网络内和网络间平均后的公共子空间的三个成分;(C)公共子空间的三个成分正、负前20条边;(D)公共子空间的三个成分与组水平功能连接差异(ASDvs.TD)的关系。

  揭示ASD大脑结构异质性的研究论文《Mapping the heterogeneous brain structural phenotype of autism spectrum disorder using the normative model》于2022年1月被Biological Psychiatry接收。博士生单晓龙为第一作者,段旭君教授为通讯作者,电子科技大学为论文第一单位。该研究提出了定量描述孤独症脑结构异质性的个体化指标,并利用多中心大数据构建脑灰质发育的标准模型,通过孤独症个体与标准模型的偏差,刻画孤独症脑影像学亚型。该方法克服传统的群组水平比较因缺乏个体化表征而限制临床实用的局限性,为孤独症提供了定量的、个体水平的脑影像生物学标记物,并实现孤独症脑影像亚型的划分。

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  图二、孤独症脑结构发育偏差模型及基于该模型的亚型分类。(A)获取脑灰质图谱;(B)、(C)、(D)将灰质图谱分解为6个潜在因子与其权重(个体化指标);(E)构建脑灰质发育的标准模型;(F)、(G)、(H)通过孤独症个体与标准模型的偏差,刻画孤独症脑影像学亚型。

  上述的研究结果从大脑功能与结构两个角度深入揭示了ASD的异质性,强调了发掘和利用个体特异的脑影像特征对于揭示ASD大脑异质性的重要性,将对ASD大脑生物学标记物的发展起到推动作用。两项研究所提出的分析框架也为揭示其他具有高度异质性的神经发育障碍或者精神疾病描绘了新的蓝图。基于已发表成果在ASD大脑异质性研究领域产生的积极影响,Biological Psychiatry主编Krystal博士邀请论文相关作者以综述文章的形式对现阶段的ASD脑影像异质性研究进行深入的总结梳理,对未来ASD脑影像异质性研究方向发表观点。

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段旭君教授受邀参加2023国际人脑图谱年会,并作大会主旨报告

  除上述研究成果外,因团队在孤独症脑影像研究领域的一系列成果及学术影响,段旭君教授受邀参加了2023国际人脑图谱组织年会(The Organization for Human Brain Mapping, OHBM),并作大会主旨报告:Mapping brain functional and structural differences in autism spectrum: moving toward precision treatment。该报告综述了团队近十年来在孤独症脑影像研究领域的成果,得到与会学者及媒体的广泛关注与报道。

  OHBM成立于1995年,是全球脑图谱研究领域最具权威和影响力的学术组织之一。OHBM致力于运用脑影像学探索、发现以及理解人类大脑的结构和功能,推动神经成像技术和脑图谱技术在脑科学研究与临床医学中的应用。每年有3000-5000名专家学者齐聚一堂,共同探讨当前最前沿的人类脑功能研究成果。2023年7月,OHBM年会在加拿大蒙特利尔召开,邀请了来自英国、中国、以色列、美国以及日本的7位科学家进行大会主旨报告(Keynote)。其中,电子科大孤独症脑影像研究团队段旭君教授为国内唯一受邀主旨报告学者。

  会后,段旭君教授接受《Nature》杂志高级编辑Mary Elizabeth Sutherland博士采访,Sutherland博士对团队的系列研究表示浓厚兴趣。同时,段旭君教授就孤独症精准神经调控研究方面的问题接受美国《Spectrum》杂志专访,《Spectrum》杂志创办于2008年,旨在面向全球孤独症家庭、临床医生、科研工作者推广最新孤独症研究成果,并加深公众对孤独症的理解、寻求更好的干预手段。


  作者介绍:

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  单晓龙,2022级博士研究生,本科毕业于电子科技大学信息对抗专业,硕士毕业于电子科技大学生物医学工程专业,后于我校生物医学工程专业继续攻读博士学位。近年来,对孤独症大脑异质性开展了较为系统的研究,已经以第一作者在Biological Psychiatry发表2篇相关成果。

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  段旭君,博士,教授,博士生导师。电子科技大学百人计划入选者,国家自然科学基金优秀青年基金获得者。主要研究领域为孤独症脑影像,在孤独症脑动态网络成像、多模态融合成像、脑可塑性成像方面开展了一系列研究,提出“社会脑环路介导的孤独症精准神经调控”技术,建立孤独症“评估-干预-成像”平台,为孤独症干预提供影像学依据,并开展临床应用。相关研究成果以第一/通讯作者发表在PNAS,Biological Psychiatry等期刊;主持5项国家自然科学基金项目(均为孤独症脑影像领域),入选2023年中国区神经科学领域最佳科学家排名榜单,发起并牵头成立中国孤独症脑影像联盟。

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  陈华富,国家领军人才,杰青,四川省教书育人名师,四川省学术技术带头人,四川省神经科学学会理事长,中国图像图形学会理事、视觉认知与计算专业委员会副主任委员,电子科技大学神经信息教育部重点实验室副主任, 高场磁共振成像四川省重点实验室副主任。致力于脑成像与模式识别领域的研究,主要从事磁共振脑影像数据模式识别的人工智能与机器学习方法研究、神经与精神疾病影像机制研究,探测疾病的典型影像学特征,为临床诊断和评估提供影像学依据。主持了科技部重点研发人工智能2030项目、国家自然基金重点、杰青和面上等20余项科研项目。作为通讯作者在PNAS,Science Advance,Nature Communications,Cell Reports,Molecular Psychiatry,Brain,Neurology,PLOS Biology,Schizophrenia Bulletin,NeuroImage,Human Brain Mapping,IEEE Trans. MI/BME 等杂志发表SCI论文300余篇,被SCI引用10000余次。获教育部自然科学一等奖1项和教育部科技进步一等奖和二等奖各一项,获四川省科技进步自然科学类一等奖。 

  论文链接:

  Mapping the Heterogeneous Brain Structural Phenotype of Autism Spectrum Disorder Using the Normative Model

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000632232200052X 

  Disentangling the individual-shared and individual-specific subspace of altered brain functional connectivity in autism spectrum disorder

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000632232301572X 

  《Spectrum》杂志专访链接:

  Magnetic stimulation for autism: Q&A with Xujun Duan

  https://www.spectrumnews.org/opinion/q-and-a/magnetic-stimulation-for-autism-qa-with-xujun-duan/ 

编辑:李果  / 审核:李果  / 发布:陈伟

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