《Psychiatry Research: Neuroimaging》：Hyperband Versus Conventional Resting-State fMRI in Young Adults with High-Risk Substance Use: A Within-Participant Comparison of Default Mode Network Measures
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中文翻译：静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI, rs-fMRI）已成为精神病学神经科学中的重要工具，但常规采集方案通常需要5至10分钟以上，这给受试者带来负担并限制研究的可扩展性。Hyperband是一种先进的磁共振成像采集技术，可同时
中文翻译：静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI, rs-fMRI）已成为精神病学神经科学中的重要工具，但常规采集方案通常需要5至10分钟以上，这给受试者带来负担并限制研究的可扩展性。Hyperband是一种先进的磁共振成像采集技术，可同时激发并采集多个脑层面，从而显著缩短扫描时间。本研究在115名存在高危物质使用的年轻成年人（最终分析样本为108人）中，采用受试者内设计，比较了Hyperband与常规rs-fMRI在默认模式网络（default mode network, DMN）连接测量中的表现。研究人员对每位参与者分别采集了9分钟常规fMRI和4.5分钟Hyperband fMRI，并应用感兴趣区（region-of-interest, RoI）到RoI连接分析及图论指标（包括全局效率、平均路径长度、特征向量中心性和聚类系数）来评估两种采集方式的一致性。研究结果显示，在数据质量方面（包括无效体素百分比、全局信号相关性和功能-解剖配准精度）两种采集方式之间无显著差异；在平均连接强度上，部分DMN连接在Hyperband中显著低于常规采集，但总体模式大体相似。然而，两种采集方式之间连接估计的受试者内一致性普遍较低（RoI-to-RoI连接的平均组内相关系数ICC为0.358±0.123），图论指标的一致性更弱。与物质使用指标（Cannabis Use Disorders Identification Test, CUDIT；Alcohol Use Disorders Identification Test, AUDIT；尿四氢大麻酚（tetrahydrocannabinol, THC）阳性）的探索性关联分析显示，大多数脑-行为相关性在两种采集方式之间缺乏重叠，且未稳定地再现。本研究的发现提示，尽管Hyperband与常规rs-fMRI在群体水平上可产生相似的平均DMN连接模式，但缩短的Hyperband扫描在个体水平上不能可靠地保留连接估计及其与物质使用结局的关联，因此在对不同采集协议进行数据整合或比较时应保持谨慎。
论文解读：基于Hyperband与常规静息态功能磁共振成像的默认模式网络测量比较研究
1. 研究背景与目的
静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）凭借其非侵入性特点，已被广泛应用于刻画大脑内在功能组织，并成为精神疾病神经影像学研究的重要工具。默认模式网络（default mode network, DMN）因其在自我参照思维、记忆及内省等认知过程中的核心作用，以及在物质使用障碍（substance use disorders, SUDs）人群中表现出的稳定异常连接，已成为成瘾神经科学最受关注的静息态网络之一。既往研究表明，酒精与大麻使用障碍患者存在DMN内部及DMN与其他网络之间的连接紊乱，且这些异常与渴求、冲动性和动机失调相关，提示DMN连接指标可望作为成瘾严重程度及复发易感性的生物标志物。然而，常规rs-fMRI采集通常需要5至10分钟以上，以保证足够的信噪比和连接模式的稳定性。长时扫描增加了受试者的不适和运动伪影，消耗宝贵的扫描时间和经济资源，尤其在非临床高危物质使用人群中，数据缺失率和质量下降问题更为突出，限制了研究的可扩展性和向临床转化的进程。Hyperband作为一种先进的多层同时采集加速技术，可在明显缩短扫描时间的同时提高时间分辨率，增加单位时间内获得的全脑容积数量。但加速采集亦可能带来时间信噪比下降、g因子噪声放大、层泄漏及重建伪影等问题，其综合效应取决于倍频因子、平面加速、体素大小、线圈几何结构、预处理流程及所关注的结果指标。目前，在临床相关群体中开展的加速与常规采集的受试者内直接比较研究仍较缺乏。本研究旨在填补该空白，在报告高危物质使用的年轻成年人群中，以受试者内设计系统比较Hyperband与常规rs-fMRI在DMN连接测量中的可靠性、一致性及其与物质使用指标的关联，从而为临床神经影像研究的方法学选择提供证据。
2. 研究方法概览
研究人员从加拿大汉密尔顿地区招募了115名19至22岁的高危物质使用年轻成年人，纳入标准包括酒精使用障碍识别测试（AUDIT）≥8且近一个月内至少3次重度饮酒，和/或大麻使用障碍识别测试（CUDIT）≥8且近一个月内每周至少使用2次大麻。排除精神病性障碍、MRI禁忌症、严重脑损伤及近期治疗史者。最终108人纳入分析（59.93%为女性，平均年龄20.58±1.13岁）。每位参与者完成两次静息态扫描，第一次为9分钟常规fMRI，第二次为4.5分钟Hyperband fMRI，两次扫描间隔约7.1分钟。预处理和去噪采用CONN软件的标准模块化流程，包括运动校正、异常值检测、分割和标准化（MNI空间）、平滑（8 mm FWHM）以及带通滤波（0.008-0.09 Hz）。质量控制指标包括无效体素百分比、全局信号相关性及功能-解剖配准精度。主要分析包括DMN四个种子区（内侧前额叶皮层MPFC、后扣带回PCC、左右外侧顶叶皮层LPC）之间的RoI-to-RoI连接分析，以及基于这些节点的图论指标（全局效率、平均路径长度、特征向量中心性、聚类系数）。统计上，采用配对t检验和双因素混合效应组内相关系数（ICC）评估两种采集方式的一致性，并用零阶Pearson或偏点二列相关分别探查两种采集方式下DMN指标与物质使用变量（AUDIT、CUDIT、尿THC阳性）的关联。
3. 研究结果
3.1 质量保证结果
配对t检验显示，在无效体素百分比、全局信号相关性以及灰质、白质、脑脊液配准精度方面，常规与Hyperband两种采集方式之间均无显著差异。这表明加速采集未导致基本信号质量或预处理结果的系统性下降，后续连接指标的差异不能归因于粗粒度的数据质量差异。
3.2 感兴趣区间连接分析结果
在RoI-to-RoI分析中，左侧与右侧外侧顶叶之间的连接、后扣带回与左侧外侧顶叶之间的连接在常规fMRI中显著高于Hyperband，多重比较校正后差异仍成立。其余连接虽数值上多表现为常规采集较高，但未达到统计显著。所有ICC均显著，但强度较低（平均r=0.358±0.123），提示两种采集方式在个体水平的连接估计一致性有限。
3.3 图论分析结果
图论指标方面，除PCC聚类系数在常规采集显著高于Hyperband外，全局效率、平均路径长度、特征向量中心性和聚类系数的均值在两种采集方式间大多无显著差异。然而，大多数图论指标的ICC不显著，仅右侧LP聚类系数、PCC全局效率和PCC平均路径长度达到显著但强度中等。这表明尽管群体平均图论属性相似，个体差异在两种采集方式间不能稳定保留。
3.4 与物质使用指标的关联结果
图1和图S9展示的探索性相关分析显示，无论常规还是Hyperband采集，大多数DMN RoI-to-RoI连接与AUDIT、CUDIT及尿THC阳性之间的相关性均较小，且两种采集方式的相关模式重叠有限，无显著关联。图2和图S10显示，对于AUDIT，两种采集方式均未发现名义显著关联；对于尿THC阳性，仅常规采集表现出若干名义显著关联，主要涉及左侧LP的全局效率、特征向量中心性、平均路径长度和聚类系数，以及右侧LP的部分指标；对于CUDIT，仅Hyperband采集表现出名义显著关联，主要涉及PCC的全局效率、特征向量中心性和平均路径长度。整体来看，相关性的强度和方向随采集方式而变化，显示了采集协议对脑-行为关联估计的显著影响。
4. 讨论与结论
本研究的核心发现是：尽管Hyperband与常规rs-fMRI在数据质量和平均DMN连接水平上大体相当，但缩短的Hyperband扫描并未在个体水平上一致地保留连接估计及其与物质使用指标的关联。在RoI-to-RoI分析中，部分DMN连接的群体均值差异显著，但更关键的是跨采集方式的ICC普遍较低，说明个体差异排序一致性差。图论指标虽然在均值上相似，但ICC更弱，进一步支持了图论度量对噪声和采集条件敏感的担忧。脑-行为关联分析中，两种采集方式得出的相关模式缺乏重叠，且方向、强度均不一致，这表明即便平均连接模式相似，其与外部变量的关系也不能互换。这些结果与既往关于rs-fMRI生物标志物可靠性有限的证据一致，提示缩短扫描时长即使采用加速采集技术，也可能不足以捕捉稳定的个体差异或临床上意义的连接-行为关系。本研究局限于DMN，结果不能推广至其他静息态网络如突显网络或执行控制网络；样本为年轻、未寻求治疗的相对同质人群，且大麻和酒精使用存在异质性，固定采集顺序（常规总是在Hyperband之前）也使序列效应与扫描顺序效应无法完全分离。研究人员建议，未来研究应随机化扫描顺序、在每段扫描前直接评估疲劳和嗜睡状态，并纳入生理或眼动监测，以区分加速序列本身与状态变化的影响。需要更大规模、物质特异性或层次化设计以及纵向研究来确证加速rs-fMRI协议能否在减轻受试者负担的同时保留临床相关信息。总体而言，本研究提示在旨在探测细微脑-表型关联的研究中，加速采集应谨慎采用，优化rs-fMRI协议需在采集效率与神经生物学可解释性之间取得平衡。结论部分：本研究表明，尽管Hyperband与常规rs-fMRI采集产生相当的数据质量和相似的群体水平平均DMN连接模式，但缩短的Hyperband扫描不能一致地保留个体水平的连接估计及其与大麻相关指标的关联。这些发现提示，在旨在探测细微脑-表型关系的研究中，采用加速采集应保持谨慎。优化临床与转化研究中的rs-fMRI协议，需要在效率与神经生物学可解释性之间进行权衡。
