与海马体和尾状核的静息态功能连接预测多发性硬化患者的工作记忆表现

《Multiple Sclerosis and Related Disorders》:Resting-state Functional Connections with the Hippocampus and with the Caudate Nucleus Predict Working Memory Performance in Multiple Sclerosis

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月18日 来源:Multiple Sclerosis and Related Disorders 3.0

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   摘要多发性硬化(MS)患者中常见工作记忆(WM)功能障碍。工作记忆缺陷也会导致情节记忆(EM)功能障碍,这是该疾病普遍且致残的认知症状。海马体与尾状核之间的功能连接支持情节记忆,但其对 MS 中 WM 的具体影响尚不清楚。静息态功能连接(RSFC)可以识别自发的、基线连接模式

  

摘要

多发性硬化(MS)患者中常见工作记忆(WM)功能障碍。工作记忆缺陷也会导致情节记忆(EM)功能障碍,这是该疾病普遍且致残的认知症状。海马体与尾状核之间的功能连接支持情节记忆,但其对 MS 中 WM 的具体影响尚不清楚。静息态功能连接(RSFC)可以识别自发的、基线连接模式,从而预测认知障碍,提供临床效用。本研究考察了海马体和尾状核的 RSFC 是否能预测 MS 患者的 WM 表现。在三项独立研究(N = 78;42 例 MS,36 例健康个体(HC))中,对海马体、尾状核与大脑其他区域之间的种子体素 RSFC 进行了量化。随后,使用针对具有神经心理学数据的子集(26 例 MS,15 例 HC)的全局 WM 表现测量,检查了这些连接对 WM 表现的预测影响。与 HC 参与者相比,MS 参与者显示出右侧海马体与左侧背内侧前额叶皮层之间更强的连接性。在 MS 参与者中,观察到左侧海马体(LHipp)与左侧腹侧前扣带回(LvACC)之间,以及左侧尾状核(LCaud)与右侧脑岛之间更强的连接性。还出现了 LHipp 与左侧缘上回(LSMG)之间更强的连接失调。更强的 LHipp-LvACC 连接性预测了更差的 WM 表现,而更强的 LHipp-LSMG 连接性和 LCaud-RInsula 连接性各自预测了更好的表现。海马体连接也呈负相关。研究结果确定了尾状核和海马体回路,其异常的基线连接性可作为 MS 中即将发生 WM 功能障碍的神经标志物。

引言

认知障碍影响约 40% 至 70% 的多发性硬化(MS)患者 (Chiaravalloti & DeLuca 2008; DeLuca et al., 2020)。一个普遍的症状是情节记忆(EM)功能障碍,这阻碍了对过去经历的回忆 (Brissart et al., 2012; Tulving, 2002)。工作记忆(WM)——即对编码刺激的短期存储和操纵 (Cowan, 1995)——与 MS 中的 EM 损伤有关 (Sandry & Sumowski, 2014; Sandry, 2015)。WM 支持后来巩固为长期 EM 的刺激的编码,使其对于理解 MS 中的神经认知变化非常重要。
海马体是与记忆相关的关键脑区。它在 MS 中表现出结构和神经化学异常 (Geurts et al., 2007; Papadopoulos et al., 2009; Roosendaal et al., 2008),这些异常通常与记忆表现 (Muhlert et al., 2014; Sumowski et al., 2016, 2017) 以及一般记忆的长期损伤 (Hulst et al., 2015; Sacco et al., 2015) 和 EM (González Torre et al., 2017) 有关。虽然历史上与陈述性长期记忆相关,但海马体也具体支持 WM (Borders et al., 2022; Kumar et al., 2016; Nee & Jonides 2008, 2011; Leszczynski 2011, 2015; Yonelinas et al., 2024),包括在 MS 中 (Costers et al., 2020)。
海马体与与非陈述性记忆相关区域之间的功能连接对于理解 MS 中的记忆障碍也很重要 (Hulst et al., 2015)。例如,尾状核(背内侧纹状体)促进程序性学习和目标导向行为 (Grahn et al., 2008)。它还与海马体相互作用以支持学习和 EM 表现 (Freedberg et al., 2022; Freedberg, 2023; Müller et al., 2018),因此使其成为更好地理解与 MS 中 WM 相关的神经机制的另一个关注区域。然而,研究这些区域之间的功能连接如何影响 MS 中 WM 表现的研究有限。
潜在于 WM 的神经网络通常使用功能磁共振成像 WM 任务进行检查,以诱发功能连接(FC)。虽然这种基于任务连接是有用的,但在“静息”(即一个人未积极参与任务时的自发、内在连接)时测量 FC 可能提供额外的见解。静息态功能连接(RSFC)是临床模式的有价值生物标志物。它可以识别高危个体 (Fox & Greicius, 2010; Zhang et al., 2021) 并预测症状进展模式 (Wisch et al., 2020)。RSFC 还可以识别可能信号表明未来认知障碍发展的异常连接模式,从而允许早期干预 (Fox & Greicius, 2010; Zhang et al., 2021)。这些益处已在阿尔茨海默病 (Lin et al., 2018)、精神分裂症 (Venkataraman et al., 2012)、创伤性脑损伤 (Venkatesan et al., 2015) 和 MS (Azzimonti et al., 2023; Rocca et al., 2022) 中报道——突出了 RSFC 在将基线大脑连接与认知功能障碍联系起来的实用性。
鉴于这种临床实用性,海马体和尾状核 RSFC 可能有助于更好地理解 MS 中的 WM 障碍。支持这一点的是,以往工作已证明了 RSFC 对 MS 中一般记忆障碍的价值 (Hulst et al., 2015)。本研究测试了海马体和尾状核的 RSFC 是否能具体预测 MS 患者和神经健康个体(HC)的WM 表现。我们识别了这些区域在大脑各处的 RSFC,然后使用从几种神经心理学测量中得出的全局测量,测试了这些连接是否预测 WM 表现。鉴于海马体和尾状核在 WM 中的作用,我们假设它们的 RSFC 将预测 WM 评分。

章节摘要

参与者

分析了来自 83 名(45 例 MS,38 例 HC)参与者的静息态 BOLD 数据,这些数据来自三项独立研究 (Cagna et al., 2022; Zuppichini & Sandry, 2018; 一项未发表)。所有参与者均在 Kessler 基金会招募并扫描。确定研究资格的人口统计和临床数据最初通过电话筛查获取。然后尽快为每位参与者安排扫描(通常在一到两周内)。在研究访问当天,之前

组间特征

五名(3 例 MS,2 例 HC)参与者因头部运动过多(1 例 MS,1 例 HC)、严重图像失真(1 例 HC)或缺失的层数(2 例 MS)被排除,最终样本为 78 名参与者(42 例 MS,36 例 HC)。如表 1 所示,整个样本(N = 78)在年龄 [t(76) = 1.55. p = .12, d = 0.35]、教育 [t(76) = -0.10. p = .92, d = 0.02]、生物学性别 [X2(1) = 0.40. p = .53]、种族 [X2(4) = 8.84, p = .07] 或族裔 [X2(2) = 1.38, p = .50] 方面没有显著的组间差异。

讨论

本研究调查了海马体和尾状核的种子体素 RSFC 是否预测 MS 患者的 WM 表现。我们的结果支持这一假设。正如预期的那样,MS 参与者的 WM 表现比 HC 参与者差。在 MS 参与者中,三个静息态连接——两个涉及左侧海马体,一个涉及左侧尾状核——预测了 WM 表现。更强的左侧海马体 - 左侧 SMG RSFC 和左侧尾状核 - 右侧脑岛 RSFC 各自预测了更好的

结论

在此我们证明了海马体 RSFC 和尾状核 RSFC 预测 MS 中的 WM 表现。左侧尾状核 - 右侧脑岛 RSFC 和左侧海马体 - 左侧 SMG RSFC 预测了更好的 WM 表现。左侧海马体 - 左侧 vACC RSFC 预测了更差的 WM 表现。海马体连接也呈相关。因此,我们确定了一个尾状核回路和潜在的海马体网络,其异常的静息态活动可能信号表明 MS 中即将发生的 WM 障碍。将这些神经标志物与

作者贡献声明

Christopher J. Cagna: 概念化,数据整理,形式分析,方法学,验证,可视化,写作 – 初稿。 Ekaterina Dobryakova: 概念化,资金获取,方法学,资源,监督,写作 – 审查与编辑。 Kai Sucich: 形式分析,写作 – 审查与编辑。 Tien T. Tong: 数据整理,软件。 Joshua Sandry: 概念化,形式分析,资金获取,方法学,资源,监督,写作 – 审查与编辑。

基金资助

这项工作得到了多发性硬化中心联盟(2018 年试点研究奖授予 J.S.)、全国多发性硬化协会(资助编号 RG-1501-02630 授予 E.D. 和资助编号 MB-2107-38097)以及 Kessler 基金会的试点奖(授予 E.D. 和 J.S.)的支持。

未引用参考文献

Qi et al., 2018, Borders et al., 2021

CRediT 作者贡献声明

Christopher J. Cagna: 写作 – 初稿,可视化,验证,方法学,形式分析,数据整理,概念化。 Ekaterina Dobryakova: 写作 – 审查与编辑,监督,资源,方法学,资金获取,概念化。 Kai Sucich: 写作 – 审查与编辑,形式分析。 Tien T. Tong: 软件,数据整理。 Joshua Sandry: 写作 – 审查与编辑,监督,资源,方法学,资金获取,形式分析,概念化。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢所有使本研究得以成为可能的研究参与者。
Christopher J. Cagna|Ekaterina Dobryakova|Kai Sucich|Tien T. Tong|Joshua Sandry
Kessler 基金会神经心理学和神经科学研究中心,美国新泽西州东汉诺威 Eagle Rock 大道 120 号 100 套房,邮编 07936
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