메타

Nov 27, 2023

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1056(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

인간의 뇌 커넥톰에는 조밀하게 연결된 허브 영역 세트가 포함됩니다. 그러나 기능적 커넥톰 허브의 일관성과 재현성은 현재까지 확립되지 않았으며 강력한 허브의 기초가 되는 유전적 특징은 아직 알려지지 않았습니다. 여기서 우리는 61개의 독립적인 코호트에 걸쳐 5,212명의 건강한 젊은 성인의 휴식 상태 기능적 MRI 데이터를 통합하여 전 세계적으로 조화된 메타 연결 분석을 수행합니다. 우리는 측면 두정엽 피질에서 가장 큰 효과가 관찰되는 코호트와 개인 모두에서 이형 및 단봉 영역에서 매우 일관되고 재현 가능한 연결 허브를 식별합니다. 이러한 허브는 이기종 연결 프로필을 표시하며 네트워크 내 및 네트워크 간 통신 모두에 중요합니다. 사후 전사체 데이터 세트를 사용하여 우리는 비허브와 비교하여 커넥톰 허브가 신경펩티드 신호 전달 경로, 신경 발달 과정 및 대사 과정에 관련된 유전자에 의해 지배되는 시공간적으로 독특한 전사체 패턴을 가지고 있음을 보여줍니다. 이러한 결과는 거시적 커넥톰 허브의 견고성과 잠재적인 세포 및 분자 기반을 강조하며, 이는 커넥톰 허브가 어떻게 발달 과정에서 나타나고, 건강에 대한 복잡한 인지를 지원하며, 질병과 관련되는지에 대한 우리의 이해를 훨씬 더 발전시킵니다.

기능적 커넥톰 매핑 연구에서는 허브라고 알려진 대규모 인간 두뇌 네트워크에서 조밀하게 연결된 영역 세트가 확인되었습니다1. Connectome 허브는 글로벌 뇌 통신1,2에서 중요한 역할을 하며 작업 기억3 및 의미 처리4와 같은 광범위한 인지 처리를 지원합니다. 이러한 고도로 연결된 뇌 허브가 많은 신경정신 질환5,6,7,8의 우선적으로 표적이 된다는 증거가 늘어나고 있습니다. 이는 장애의 생물학적 메커니즘을 이해하고 질병 진단8,9 및 치료 평가10를 위한 바이오마커 설정을 위한 중요한 단서를 제공합니다(참조 1, 리뷰는 2,11,12).

이러한 중요성에도 불구하고 기존 연구들 사이에서 기능적 커넥톰 허브의 해부학적 위치에는 상당한 불일치가 있습니다. 예를 들어, 기본 모드 네트워크(DMN)의 구성 요소는 커넥톰 허브로 자주 보고되었지만 공간 패턴은 연구마다 매우 다양합니다. 특히, 몇몇 연구에서는 DMN7,8,13,14의 측면 정수리 영역에 고도로 연결된 허브가 있는 것으로 나타났으며, 다른 연구에서는 DMN15,16,17,18,19의 정중선 구조가 보고되었습니다. 여러 연구에서는 일차 감각운동 및 시각 영역을 커넥톰 허브13,14,16,17,18,19로 식별했지만 다른 연구에서는 이러한 결과를 복제하지 못했습니다. 시상 및 편도체와 같은 피질하 영역도 허브8,15,16,18 및 비허브7,13,14,17,19로 일관되지 않게 보고되었습니다. 따라서 기능적 커넥톰 허브의 일관성과 재현성은 현재까지 확립하기 어려웠으며, 이는 부적절한 표본 크기와 이미징 스캐너, 이미징 프로토콜, 데이터 처리 및 커넥톰 분석 전략의 차이로 인해 발생할 수 있습니다. 여기에서는 데이터 품질 보증, 이미지 처리 및 커넥톰 분석을 위한 균일한 프로토콜과 여러 코호트를 결합하여 건강한 젊은 성인의 강력한 기능적 커넥톰 허브를 식별하기 위한 조화된 메타 분석 모델을 구축하는 것을 목표로 했습니다.

강력한 커넥톰 허브가 확인되면, 우리는 그들의 유전적 특징을 추가로 조사할 것입니다. DMN20의 기능적 연결성 및 비용 효율성 최적화와 같이 인간 두뇌의 커넥톰 아키텍처가 상속 가능하다는 것이 잘 입증되었습니다. 더욱이 기능적 커넥톰은 휴식 중과 인지 작업, 특히 DMN 및 전두엽 네트워크(FPN)와 관련된 유전형 변이에 의해 조절될 수 있습니다. 증가하는 증거는 또한 전사체 프로파일과 커넥톰 구조 사이의 공간적 일치를 시사합니다24,25,26(검토용 참조 27). 따라서 우리는 강력한 거시적 커넥톰 허브가 미세한 유전적 특징과 연관될 수 있다고 추론했습니다. 이러한 유전적 특징을 밝히는 것은 커넥톰 허브가 발달 과정에서 어떻게 나타나고, 복잡한 인지에서 기능하며, 질병에 관여하는지에 대한 우리의 이해에 실질적으로 도움이 될 것입니다.