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全球最大規(guī)模腦部掃描揭示疾病如何破壞大腦

時間:2018-02-01 作者:科學(xué)網(wǎng) 閱讀:3935

在美國南加州大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Paul Thompson看來,全球最大的腦圖譜項(xiàng)目——ENIGMA“是在逆境中誕生的”。2009年,他和澳大利亞昆士蘭醫(yī)學(xué)研究院遺傳學(xué)家Nicholas Martin對大腦成像研究存在的限制感到煩躁不安。核磁共振成像掃描的成本將大多數(shù)努力限制在幾十名受試者——這導(dǎo)致人數(shù)太少,以至于無法在大腦結(jié)構(gòu)同遺傳變異和疾病之間建立廣泛聯(lián)系。兩人在舊金山一家購物中心吃飯時意識到,答案在于共享來自全球多項(xiàng)研究的圖像和遺傳數(shù)據(jù)。

在緩慢的起步階段之后,該項(xiàng)目將來自39個國家的近900名研究人員聚到一起,并就3萬余人的大腦掃描圖像和遺傳數(shù)據(jù)展開分析。在一系列論文中,ENIGMA的眾包方式為研究正常人以及患者大腦中的基因和結(jié)構(gòu)存在何種關(guān)聯(lián)打開了一扇窗戶。例如,一項(xiàng)日前發(fā)表于《大腦》雜志的ENIGMA研究將來自歐洲、美洲、亞洲和澳大利亞的近4000人的大腦掃描圖像進(jìn)行了比對,以闡明同常見癲癇病存在關(guān)聯(lián)的意想不到的大腦異常狀況。未參與該項(xiàng)目的伊利諾伊大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Mohammed Milad表示,ENIGMA是“一項(xiàng)杰出的工作。我們都應(yīng)該為此做更多的事情”。

ENIGMA的創(chuàng)始人精心設(shè)計了該項(xiàng)目的名字(中文全稱為“元分析增強(qiáng)型神經(jīng)成像遺傳學(xué)技術(shù)”),從而使它的英文首字母縮略詞能紀(jì)念英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈在二戰(zhàn)期間為破譯德國Enigma密碼機(jī)作出的努力。和圖靈的項(xiàng)目一樣,ENIGMA的目的也是破解一個謎題。本世紀(jì)初,針對雙胞胎或者近親開展的小型大腦掃描研究證實(shí),一些認(rèn)知和大腦結(jié)構(gòu)上的差異存在遺傳基礎(chǔ)。與此同時,開展全基因組關(guān)聯(lián)研究的科學(xué)家掃描了大范圍人群的DNA,以尋找上百萬個天然存在差異的堿基。不過,將此類遺傳變異同大腦結(jié)構(gòu)差異聯(lián)系起來的努力失敗了,因?yàn)槌上裱芯康膮⑴c者太少,以至于無法作出有說服性的結(jié)論。更重要的是,隱私政策通常阻止研究人員共享大腦成像數(shù)據(jù)。

ENIGMA希望通過元分析方法解決此類問題。所有加入該聯(lián)盟的研究中心接受同樣的協(xié)議以分析大腦圖像。隨后,研究結(jié)果會經(jīng)過對比并且被結(jié)合起來。Thompson表示,共享處理過而非原始的數(shù)據(jù)意味著ENIGMA的研究人員無須披露關(guān)于個體患者的細(xì)節(jié),同時較大的樣本量使其得以作出關(guān)于遺傳變異如何改變大腦結(jié)構(gòu)的“可靠結(jié)論”。

在第一個項(xiàng)目中,該聯(lián)盟同另一個多中心網(wǎng)絡(luò)合作,分析了2.1萬人的大腦掃描圖像和DNA,并將特定基因同人腦大小和智力聯(lián)系起來。例如,擁有HMGA2基因特定變異體的人具有更大的大腦,并且在標(biāo)準(zhǔn)智力測試中的得分比普通人高出1.29分。

哈佛大學(xué)神經(jīng)心理學(xué)家Steven Pinker認(rèn)為,該研究結(jié)果“如果站得住腳,將是一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)”。不過,其他科學(xué)家表示,HMGA2對智力的影響很小,因此它并沒有那么重要。

不過,這項(xiàng)2012年發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》雜志的研究為ENIGMA項(xiàng)目注入了動力。在一項(xiàng)隨后對3.1萬人開展的研究中,研究人員分析了涉及記憶、運(yùn)動、學(xué)習(xí)和積極性的大腦區(qū)域大小,以尋找與之相關(guān)聯(lián)的遺傳變異。5個最新辨別出的遺傳變異影響兩個區(qū)域——?dú)ず撕臀矤詈说拇笮 ?015年,該團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)。

此類結(jié)構(gòu)差異并非僅出現(xiàn)在健康人群中,還存在于患者中。例如,此前研究發(fā)現(xiàn),尾狀核和殼核在阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥患者的大腦內(nèi)相對較小。2014年,ENIGMA項(xiàng)目獲得美國國立衛(wèi)生研究院為期4年、總金額達(dá)1100萬美元的資助,用于探尋此類關(guān)聯(lián)。這些研究往往省去遺傳因素,相反將統(tǒng)計學(xué)的影響力帶到尋找正常人和病人大腦結(jié)構(gòu)差異的努力中。

一個最新例子是對精神分裂癥患者大腦白質(zhì)進(jìn)行的分析。白質(zhì)是在神經(jīng)元之間和整個大腦中承載神經(jīng)沖動的組織。在分析了1963名精神分裂癥患者2359名健康人的大腦圖像后,一個ENIGMA工作組去年在《分子精神病學(xué)》雜志上報告稱,白質(zhì)“電線”在患者的整個大腦中均遭到損傷,而不只是大腦的特定區(qū)域。這和很多研究人員此前的想法一致。

同樣在去年,研究創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)的ENIGMA科學(xué)家發(fā)現(xiàn),和健康人群相比,PTSD患者大腦內(nèi)的海馬體——對將短期記憶轉(zhuǎn)變成長期記憶至關(guān)重要的大腦區(qū)域—平均較小。一些更小型的研究也暗示了這一點(diǎn)。研究人員在《生物精神病學(xué)》雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)。不過,領(lǐng)導(dǎo)ENIGMA-PTSD工作組的杜克大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Rajendra Morey表示,現(xiàn)在“這已經(jīng)是一項(xiàng)明確的發(fā)現(xiàn)”。


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