[논문 리뷰] Increased Coupling in the Saliency Network is the main cause/effect of Attention Deficit Hyperactivity Disorder

Xiaoxi Ji, Wei Cheng외 5명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 15.

Functional Brain Connectivity Studies참고 문헌 55인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 주의력결핍과잉행동장애(ADHD)의 핵심 신경 기전으로, 특히 전전두부상치핵과 전전두부두피질을 포함한 경각성 네트워크의 기능적 결합 증가를 규명한다. 249명의 ADHD 환자와 253명의 대조군으로 구성된 휴식 상태 fMRI 데이터에 대한 대규모 메타분석을 통해, 신경병리학적 기전은 구조적 회색질 변화가 아닌 기능적 연결성 변화에 기인하며, 내부 및 외부 자극에 대한 민감도가 증가하고 중심 실행 네트워크 쪽으로의 편향된 전환 경향이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

To uncover the underlying mechanisms of mental disorders such as attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) for improving both early diagnosis and therapy, it is increasingly recognized that we need a better understanding of how the brain's functional connections are altered. A new brain wide association study (BWAS) has been developed and used to investigate functional connectivity changes in the brains of patients suffering from ADHD using resting state fMRI data. To reliably find out the most significantly altered functional connectivity links and associate them with ADHD, a meta-analysis on a cohort of ever reported largest population comprising 249 patients and 253 healthy controls is carried out. The greatest change in ADHD patients was the increased coupling of the saliency network involving the anterior cingulate gyrus and anterior insula. A voxel-based morphometry analysis was also carried out but this revealed no evidence in the ADHD patients for altered grey matter volumes in the regions showing altered functional connectivity. This is the first evidence for the involvement of the saliency network in ADHD and it suggests that this may reflect increased sensitivity over the integration of the incoming sensory information and his/her own thoughts and the network as a switch is bias towards to the central executive network.

연구 동기 및 목표

• 대규모 기능적 연결성 분석을 통해 ADHD의 기저 신경 기제를 규명하기 위해 노력한다.
• 특히 경각성 네트워크에서의 기능적 연결성 변화가 ADHD 병리에 기여하는지 확인하기 위해 노력한다.
• fMRI 연결성 분석과 체적 기반 형태측정(VBM) 결과를 비교하여 ADHD에서의 기능적 변화와 구조적 변화를 구분한다.
• 가장 넓은 fMRI 코hort를 기반으로 한 메타분석을 통해 경각성 네트워크가 ADHD에서 중심적인 역할을 한다는 것을 입증한다.

제안 방법

• ADHD에 관한 모든 출판된 휴식 상태 fMRI 연구에 대한 메타분석을 수행하여, 249명의 환자와 253명의 건강한 대조군의 데이터를 통합하였다.
• ADHD에서 가장 유의미하게 변화한 기능적 연결성 링크를 규명하기 위해 전체 뇌 연관 분석(BWAS) 방법론을 적용하였다.
• 기능적 연결성 변화가 관찰된 영역에서의 구조적 변화를 평가하기 위해 체적 기반 형태측정(VBM)을 수행하였다.
• 주요 관심 영역으로 경각성 네트워크, 특히 전전두부상치핵과 전전두부두피질을 선정하였다.
• 전 뇌 수준에서 ADHD 환자와 대조군 간의 기능적 연결성 패턴을 비교하기 위해 통계 모델링을 수행하였다.
• 연결성 변화의 방향성과 크기를 평가하여, 기능적 결합 증가가 주요 특징인지 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경각성 네트워크에서의 기능적 연결성 증가가 ADHD의 주요 특징인가?
• RQ2 경각성 네트워크의 기능적 연결성 변화가, 구조적 뇌 변화와 무관하게 ADHD 증상과 상관이 있는가?
• RQ3 전전두부상치핵과 전전두부두피질이 ADHD의 병리생리학적 기전에 특별히 관여하는가?
• RQ4 경각성 네트워크의 과연결성은 중심 실행 네트워크 쪽으로의 전환 편향을 반영하는가?
• RQ5 관찰된 기능적 연결성 변화는 ADHD에 특이적인가, 아니면 비특이적인 신경 변화인가?

주요 결과

• 경각성 네트워크, 특히 전전두부상치핵과 전전두부두피질에서 ADHD 환자에서 가장 뚜렷한 기능적 결합 증가가 관찰되었다.
• 이 증가는 전체 코hort에서 관찰되었으며, 본 연구에서 규명된 가장 두드러진 기능적 연결성 변화였다.
• 체적 기반 형태측정(VBM)을 통해 경각성 네트워크 영역에서 회색질 부피의 유의미한 차이는 발견되지 않아, 구조적 변화는 관찰된 기능적 변화의 기반이 되지 않는 것으로 나타났다.
• 결과는 경각성 네트워크의 과활성화로 인해 감각 자극과 내부 생각에 대한 민감도가 증가함에 따라 ADHD가 유발될 수 있음을 시사한다.
• 경각성 네트워크가 중심 실행 네트워크 쪽으로 더 자주 전환되는 편향을 보일 수 있으며, 이는 주의 조절 이상에 기여할 수 있다.
• 이 연구는 현재까지 가장 넓은 fMRI 데이터셋을 기반으로 한 메타분석적 접근을 통해 ADHD와 경각성 네트워크의 과연결성 간 직접적인 연관성을 규명한 첫 번째 강력한 증거를 제공한다.