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认知神经科学前沿文献分享
基本信息
Title:Variations of global brain asymmetry are associated with aging and related diseases
发表时间:2026-7-1
发表期刊:Science Advances
影响因子:13.9
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研究背景
左右半球分化是人脑组织的基本现象,也和语言、运动、注意、情绪等功能侧化(functional lateralization)有关。过去的研究多把左右半球的同源区域拿来比较,看局部差异;但皮层厚度(cortical thickness)、表面积、体积这些结构指标,和功能侧化之间的对应关系往往不强,也不稳定。本文把全球脑不对称性(global brain asymmetry)定义为跨区域的全脑结构组合模式,想看它能不能量化左右半球差异,以及这种差异是否和健康衰老、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)、帕金森病(Parkinson’s disease, PD)及载脂蛋白E(apolipoprotein E, APOE)基因型有关
实验设计与方法逻辑
作者先使用人类连接组计划(Human Connectome Project, HCP)中的1113名年轻成人数据,基于34个半球皮层区域的皮层厚度、表面积和体积,分别训练自动机器学习模型来区分左右半球。接着,他们用特征重要性、Neurosynth功能注释、HCP任务fMRI图谱和疾病相关脑图谱检查模型含义,再把年轻成人模型应用到UK Biobank中4万余名44至82岁参与者,比较年龄、AD、PD和APOE基因型下的分类准确率变化,并用全球不对称表型(global asymmetry phenotype, GAP)指数探索个体表型关联
核心发现
发现一:左右半球可由全脑结构模式高准确率区分
在HCP年轻成人样本中,皮层厚度、表面积和体积模型区分左右半球的准确率分别为87.75%、100%和99.02%。也就是说,结构不对称不只是少数局部区域的差别,跨区域的组合模式同样能被模型捕捉到![]()
Fig. 1 中,作者展示了自动机器学习流程、区域重要性分布和三类形态指标的模型表现;结果显示,左右半球在多变量形态模式上可以被稳定区分发现二:模型重要性图与功能侧化和疾病图谱存在空间关联
功能注释显示,皮层厚度模型的重要性图与运动相关术语有关,表面积模型与注意、记忆相关术语有关,体积模型与焦虑、注意和记忆相关术语有关。HCP任务fMRI图谱和疾病图谱分析也发现,表面积和体积模型与部分任务图谱相关;皮层厚度模型与AD相关图谱的关联更明显,体积模型与焦虑障碍和PD相关图谱的关联更强。这些结果支持全球脑不对称性具有功能相关性,但证据主要来自空间相关和群体图谱注释![]()
Fig. 2 中,作者展示了三类形态模型的重要性图与认知术语、疾病术语的关联;结果表明,结构不对称模型与功能和疾病图谱之间存在可检验的对应关系发现三:老年样本中出现皮层厚度相关的left hemi-aging模式
把年轻成人模型应用到UK Biobank老年样本后,皮层厚度模型的半球分类准确率会随年龄增加而下降,并呈现非线性轨迹。这个变化主要来自左半球更常被误判为右半球,作者称之为左半球老化(left hemi-aging)![]()
Fig. 3 中,作者并列呈现不同年龄下的分类准确率和左右半球误分类率;结果显示,皮层厚度模型的年龄变化主要来自左半球误判增加发现四:AD和APOE结果提示疾病与遗传风险相关差异
在UK Biobank中,34名AD患者的皮层厚度模型准确率为50.00%,接近机会水平,并显著低于年龄和性别匹配对照;PD患者没有出现同样模式。未诊断AD或PD的APOE ε2ε2和ε4ε4携带者总体准确率没有显著组间差异,但皮层厚度模型的年龄轨迹不同:ε2ε2携带者呈倒U型趋势,ε4ε4携带者相对稳定![]()
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Fig. 4 和 Fig. 5 中,作者分别展示疾病组与匹配对照、不同APOE基因型在模型中的表现;结果提示,全球脑不对称性可能和疾病类别、遗传风险有关
省流总结
这项Science Advances研究用多变量机器学习分析左右脑结构差异,把问题从局部区域比较推进到全脑模式。结果显示,全球脑不对称性与功能侧化、年龄、AD和APOE基因型有关,皮层厚度中还出现了left hemi-aging信号。但这项研究的证据仍主要来自群体建模和关联分析,不能当作诊断工具,也不能用来预测个人风险
暑期提升
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分享人:天天
审核:PsyBrain 脑心前沿编辑部
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