腦成像和虛擬現(xiàn)實(shí)研究自閉癥的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

一項(xiàng)新研究詳細(xì)介紹了如何使用大腦成像和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)來(lái)觀察皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，以識(shí)別大腦疾病的生物標(biāo)志物。利用這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)了自閉癥譜系障礙(ASD)小鼠和野生型小鼠的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)在與運(yùn)動(dòng)活動(dòng)相關(guān)的行為變化期間的功能連接之間的差異。該工具發(fā)現(xiàn)自閉癥譜系障礙小鼠具有高度連接、模塊化程度較低的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，并表明運(yùn)動(dòng)區(qū)域?yàn)樽蚤]癥譜系障礙的分類提供了貢獻(xiàn)特征。

這篇題為“基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)成像揭示自閉癥小鼠模型行為轉(zhuǎn)變期間異常皮質(zhì)動(dòng)態(tài)”的研究文章發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》上。

功能連接性是解剖學(xué)上獨(dú)立的大腦區(qū)域之間神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)間依賴性，可用于研究自閉癥譜系障礙患者的大腦網(wǎng)絡(luò)如何工作。

最近的人類功能磁共振成像(fMRI)研究已經(jīng)開(kāi)始研究如何利用動(dòng)態(tài)靜息態(tài)功能連接來(lái)發(fā)現(xiàn)自閉癥譜系障礙(ASD)特有的異常大腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。通常，功能磁共振成像(fMRI)用于測(cè)量功能連接性，即休息或不需要太多運(yùn)動(dòng)的任務(wù)期間自發(fā)血氧水平依賴性(BOLD)信號(hào)之間的共激活量。

然而，人們無(wú)法在MRI掃描儀中移動(dòng)，而且靜息態(tài)fMRI中的BOLD信號(hào)很慢，因此很難研究ASD患者在目標(biāo)導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)缺陷和運(yùn)動(dòng)計(jì)劃損傷。此外，越來(lái)越多的證據(jù)表明，自閉癥譜系障礙中出現(xiàn)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)困難與社交和非社交核心癥狀的發(fā)展和維持密切相關(guān)。

在這項(xiàng)研究中，日本理化學(xué)研究所腦科學(xué)研究所和神戶大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員試圖表征運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中功能性皮層網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征。

為此，日本研究小組使用經(jīng)顱Ca2+成像和頭部固定VR系統(tǒng)來(lái)測(cè)量小鼠的皮質(zhì)功能連接，這些小鼠在模擬真實(shí)世界情況的真實(shí)開(kāi)放場(chǎng)圍欄的虛擬環(huán)境中導(dǎo)航。然后使用多種分析工具查看成像數(shù)據(jù)，例如用于機(jī)器學(xué)習(xí)的支持向量機(jī)(SVM)，以對(duì)功能連接模式進(jìn)行分類。

研究人員使用拷貝數(shù)變異小鼠模型進(jìn)行人類15q11-13復(fù)制，該模型與自閉癥譜系障礙患者一樣存在社交溝通問(wèn)題。這些小鼠在睡眠時(shí)也有異常的體感調(diào)節(jié)，而在清醒和休息狀態(tài)時(shí)則存在全腦功能連接不足。

他們發(fā)現(xiàn)，這些小鼠的功能連接動(dòng)態(tài)較差，這取決于它們的移動(dòng)方式，并且功能連接模式異常，其中運(yùn)動(dòng)區(qū)域過(guò)度連接。這表明運(yùn)動(dòng)區(qū)域?qū)τ谧蚤]癥譜系障礙自發(fā)行為轉(zhuǎn)換過(guò)程中皮質(zhì)功能連接功能障礙的重要性。

這些結(jié)果表明，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)提供了重要信息，幫助我們了解功能連接動(dòng)態(tài)如何與神經(jīng)精神疾病的異常行為相關(guān)。此外，在未來(lái)的研究中發(fā)現(xiàn)ASD模型小鼠中觀察到的功能連接異常是否可以通過(guò)出生后發(fā)育或成年期間的藥物治療來(lái)修復(fù)，這將是非常有趣的。研究人員認(rèn)為，制作一個(gè)多模式的“元宇宙”會(huì)很有趣，讓老鼠通過(guò)它??們的化身與同一物種的其他老鼠互動(dòng)。這將幫助他們弄清楚虛擬社交互動(dòng)期間皮質(zhì)功能連接如何變化。

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