[论文解读] Increased Coupling in the Saliency Network is the main cause/effect of Attention Deficit Hyperactivity Disorder

Xiaoxi Ji, Wei Cheng+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2011

Functional Brain Connectivity Studies参考文献 55被引用 3

一句话总结

本研究识别出在注意网络中——特别是前扣带皮层和前岛叶参与的——功能连接增强，是多动障碍（ADHD）的主要神经机制。通过整合249名ADHD患者和253名对照者的大型静息态fMRI数据进行元分析，作者表明，ADHD病理变化主要源于连接异常，而非灰质结构改变，提示对内部和外部刺激的敏感性增强，以及向中央执行网络的偏向性切换。

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.

研究动机与目标

• 通过大规模功能连接分析，揭示ADHD的潜在神经机制。
• 确定大脑功能连接的改变，特别是注意网络中的改变，是否参与ADHD病理过程。
• 通过比较fMRI连接性与体素形态学测量（VBM）结果，区分ADHD中功能与结构脑改变。
• 通过最大可用fMRI队列的元分析，确立注意网络在ADHD中的核心作用。

提出的方法

• 对所有已发表的ADHD静息态fMRI研究进行元分析，整合249名患者和253名健康对照者的数据。
• 应用全脑关联研究（BWAS）方法，识别ADHD中显著改变的功能连接路径。
• 执行体素形态学测量（VBM），评估功能连接改变区域的灰质体积潜在结构变化。
• 重点关注注意网络，特别是前扣带回和前岛叶，作为关键感兴趣区域。
• 使用统计建模方法，比较ADHD患者与对照者在整个大脑范围内的功能连接模式。
• 评估连接改变的方向与幅度，以确定连接增强是否为关键特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 注意网络中的功能连接增强是否为ADHD的主要特征？
• RQ2 注意网络中的功能连接改变是否与ADHD症状相关，且独立于结构脑改变？
• RQ3 前扣带皮层和前岛叶是否在ADHD的病理生理机制中发挥特定作用？
• RQ4 注意网络的高连接性是否反映向中央执行网络切换的偏向？
• RQ5 观察到的功能连接改变是否特异性于ADHD，还是非特异性神经改变？

主要发现

• 注意网络，特别是前扣带回和前岛叶，表现出ADHD患者中最为显著的功能连接增强。
• 该连接增强在全队列中均被观察到，且为本研究中识别出的最突出的功能连接改变。
• 通过体素形态学测量未在注意网络区域发现灰质体积的显著差异，表明结构改变并非观察到的功能改变的基础。
• 结果提示，ADHD可能源于注意网络整合过度活跃，导致对感官输入和内部思维的敏感性增强。
• 注意网络可能更频繁地偏向切换至中央执行网络，从而导致注意力调节障碍。
• 本研究首次通过最大可用fMRI数据集的元分析方法，提供了ADHD与注意网络高连接性直接关联的有力证据。