《Psychiatry Research: Neuroimaging》:Resting-State EEG Functional Connectivity Changes Following Memantine Administration in Children with Autism Spectrum Disorder: An Exploratory Pre-Post Study
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•利用基于脑电图(EEG)的网络分析,探讨美金刚对学龄前孤独症谱系障碍(ASD)儿童脑拓扑结构的影响。•个体水平分析揭示了对美金刚的双模态应答,64%的参与者表现出连接性增强。•美金刚干预引发两阶段网络重组:局部噪声减少随后是长程信号增强。•网络空间模式(SPN)分析鉴定出右
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利用基于脑电图(EEG)的网络分析,探讨美金刚对学龄前孤独症谱系障碍(ASD)儿童脑拓扑结构的影响。
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个体水平分析揭示了对美金刚的双模态应答,64%的参与者表现出连接性增强。
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美金刚干预引发两阶段网络重组:局部噪声减少随后是长程信号增强。
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网络空间模式(SPN)分析鉴定出右侧顶叶和左侧颞叶区域的关键神经基础设施变化。
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本研究展示了图论和连接性指标在量化药物治疗对ASD脑网络影响方面的潜力。
引言
孤独症谱系障碍(ASD)以信息处理异常和神经网络组织异常为特征;然而,该疾病在脑网络水平上的确切机制尚未被完全理解(Lord et al., 2020)。大多数临床评估依赖于问卷和行为量表,这些方法既依赖于观察者的主观判断,又缺乏足够的时间分辨率和网络分辨率(Thabtah et al., 2023)。缺乏描述脑动力学的定量和客观指标,被认为是ASD治疗干预开发和评估中的主要障碍之一。有许多认知增强药物和应用意识,如美金刚、脑活素、多奈哌齐、吡拉西坦、胞磷胆碱、多拉西坦、银杏叶,这些药物已在成年痴呆症患者中使用(Alsulaimani and Quinn, 2021)。但也有少数针对孤独症儿童的美金刚试用研究。
从神经系统工程的角度来看,美金刚可被视为神经网络中的控制输入。该药物通过NMDA受体的非竞争性抑制调节兴奋性输入,从而增加网络的动态稳定性(Parsons et al., 1999)。通过减少过度活跃的兴奋性噪声并限制累积电流,美金刚实际上调节了网络的背景兴奋水平,使网络能够回到更稳定的功能范围(Deutsch et al., 2022)。在简化模型中,这种效应被解释为处理通路内信噪比(SNR)的改善以及兴奋性驱动网络成分中混沌振荡的减少(Dahlem et al., 2015)。此类变化可在静息态EEG信号中表现为频段功率、区域间相干性和功能连接指数的改变(Molina et al., 2020)。因此,利用EEG研究美金刚的作用不仅是一种药理学评估,更是对复杂网络控制输入响应的分析,这可以揭示ASD网络结构中隐藏的模式。
近年来,基于神经信号分析的工程方法使得直接研究脑网络行为成为可能(Zhang et al., 2022)。脑电图(EEG)由于其高时间分辨率、非侵入性以及可在自然条件下记录的可行性,是表征网络和提取神经发育障碍定量生物标志物的合适工具(Wang et al., 2021)。功能连接分析提供了以高精度描述信息流模式和功能网络结构的能力(Rubinov and Sporns, 2010)。这些类型的指标可以揭示ASD网络组织中隐藏的、在行为上无法直接观察到的模式。
在药物干预领域,其中一个根本性挑战是缺乏评估大脑对药物反应的工程化标准。相比之下,基于EEG的网络指标提供了高电生理分辨率来检测亚临床药物诱导的神经变化(Ewen et al., 2022)。既往在不同临床人群中的研究——如精神分裂症或阿尔茨海默病成人(Molina et al., 2020, Babiloni et al., 2013)——表明,神经生理学的改变可以独立于临床评分的即时变化而发生。然而,静息态功能连接是否能够反映年轻ASD儿童在没有伴随行为变化的情况下的细微药理应答模式,仍然是一个悬而未决的问题。
尽管信号处理算法取得了重大进展,但迄今为止很少有研究探讨药物干预对3至6岁ASD儿童EEG功能连接的影响。这一研究空白尤其重要,因为早期发育阶段具有最高的神经可塑性,且该时间段内的网络变化可以用更高的灵敏度加以识别(Frazier et al., 2017)。本研究的目的是评估药物干预是否会导致3至6岁ASD儿童静息态EEG功能连接指数的可测量变化。
章节摘要
参与者与伦理考虑
本研究设计为准实验前后对照研究。从22名孤独症谱系障碍(ASD)儿童(严重程度1级和2级,基于DSM-5标准)中采集脑电图(EEG)数据(Lord et al., 2020)。儿童年龄在3至6岁之间,采用便利抽样法从转诊至马什哈德伊玛目礼萨(AS)医院神经专科诊所的儿童中进行抽样。样本量和纳入标准如下
结果
本研究评估了22名孤独症谱系障碍儿童在接受一个月美金刚治疗前后的五项脑功能连接指标——节点强度、全局效率、聚类系数、局部效率和特征路径长度——的变化情况。研究结果从三个层次进行报告。
讨论
在本研究中,我们利用基于EEG的脑网络分析和网络空间模式(SPN)方法,探讨了为期一个月的美金刚治疗对22名学龄前儿童(3至6岁)孤独症谱系障碍(ASD)静息态脑功能连接模式的影响。我们的主要发现包括三个关键组成部分:群体水平上网络指标无显著变化,在个体水平上存在神经生理学异质性模式,
未引用参考文献
(Zhang et al., 2019, Zhang et al., 2021, Ghaleiha et al., 2013, Chez et al., 2007)
CRediT作者贡献声明
Mohaddeseh Sharifzadeh: 撰写——初稿,可视化,软件,正式分析,数据整理。Ghasem Sadeghi Bajestani: 指导,项目管理,方法论,调查,概念化。Farah Ashrafzadeh: 指导,项目管理,方法论。Mona Karimzade: 验证,调查,经费获取,数据整理。
利益冲突声明
题为《孤独症谱系障碍儿童美金刚给药后静息态EEG功能连接变化:一项探索性前后对照研究》的论文作者声明,他们不存在已知的竞争性经济利益、人际关系或隶属关系,这些因素可能对本文的研究、作者身份和/或发表产生影响。任何外部机构均未参与本研究的设计、数据收集、数据分析、手稿撰写或
Mohaddeseh Sharifzadeh|Ghasem Sadeghi Bajestani|Farah Ashrafzadeh|Mona Karimzade