天桥脑科学研究院

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研究院动态

 

近日,国家神经疾病医学中心、复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心(Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Translational Research)主任毛颖/花玮教授团队与清华大学精密仪器系欧阳证教授团队、美国普渡大学Graham Cooks教授团队,以及梅奥诊所Alfredo Quinones-Hinojosa教授团队合作在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表《术中质谱法快速检测胶质瘤中IDH突变》最新研究成果,成功构建了完整的胶质瘤IDH突变术中诊断流程,并将全流程检测时间缩短至1.5分钟,为术中辅助外科医生快速明确肿瘤类型、平衡肿瘤切除率与神经功能保护、判断手术边界等提供依据。

脑胶质瘤是最常见的原发恶性脑肿瘤,具有边界不清、毗邻功能区、放化疗不敏感等特点,手术切除困难。研究发现,2-3级胶质瘤患者中,80%存在代谢酶异柠檬酸脱氢酶(IDH)突变,这类IDH突变胶质瘤好发于周边脑叶,年轻人常见,在最大限度肿瘤手术切除后,可显著提升生存率。

因此,术中快速识别IDH突变意义重大。

2018年,复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖/花玮教授团队利用质谱仪方法,通过检测IDH突变后产生的特殊小分子代谢物2-羟基戊二酸(2-HG),实现了IDH突变检测及术中应用,文章发表于《实验室研究》(Lab Inv)。

此后,团队坚持协作创新,以提升术中快速检测的便携性与准确率。

此次研究由复旦大学附属华山医院、清华大学、美国普渡大学及梅奥诊所等4家中美顶尖研究和临床机构合作近5年完成,在华山医院和梅奥诊所独立开展了临床研究,是迄今已知规模最大的术中胶质瘤IDH突变检测临床研究。

研究过程中,中美团队携手、作为两个独立团队开展研究:中方团队采用直接毛细管电喷雾(DCS)便携质谱系统,美方团队采用电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)系统,均可完成代谢物快速准确检测、实现术中对分子分型的快速检测。其中,中方团队采用的质谱已做到了小型化,真正有可能做到“即时检验(POCT)”。

研究在260位胶质瘤病人的697例样品检测中实现了100%的IDH突变检测准确率,相较其他方法耗时极短,在手术室环境下诊断准确率依旧接近100%。

该研究同时证实了质谱法在术中快速诊断中的作用,为未来各类外科手术创新变革带来可能性,具有重要的临床价值。

论文第一作者为华山医院花玮教授,清华大学张文鹏教授、普渡大学Hannah Brown博士、清华大学吴俊函博士为论文共同第一作者,通讯作者为复旦大学附属华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授、清华大学精密仪器系欧阳证教授、美国普渡大学Graham Cooks教授以及梅奥诊所Alfredo Quinones-Hinojosa教授。研究得到科技部国家重点研发计划、国自然重点项目、面上项目、上海市发改委重大项目等支持。

参考文献:Rapid detection of IDH mutations in gliomas by intraoperative mass spectrometry,

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2318843121

本文转载自:文汇,作者:唐闻佳

30

2024-05

阿尔茨海默病一直被认为是衰老导致的退行性疾病,那么怎样解释二三十岁的确诊病例?严重睡眠不足会导致健康损害甚至危及生命,为何海外一位莫旺氏综合征患者几个月不睡觉却一切正常?意外脑损伤后,10多年的重度抑郁症病人彻底自愈,大脑手术后的患者无师自通绘画水平突飞猛进,原因是什么?

5月25日,在2024年全球罕见病科研论坛暨中国罕见病科研及转化医学大会上,天桥脑科学研究院(TianQiao & Chrissy Chen Institute,TCCI)宣布上线特殊病例国际学术社区UniCaseHub.com.cn,发布“探索生命科学的金星”资助支持计划。

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长、特殊病例社区专家委员徐一峰教授代表TCCI发布特殊病例社区。

 

TCCI创始人陈天桥表示:“这一创意来自中国临床医生,我们非常欣赏,希望资助和支持全球医生寻找特殊病例,与神经、认知、人工智能等科学家合作交叉研究,凸显对大脑和生命科学基础研究、脑疾病临床研究的全新价值,呼吁公众更多关注这一领域,体现科技向善、造福患者的人文关怀。”

提出“探索生命科学的金星”这一概念的是华山医院副院长、知名神经医学专家赵重波教授。他说:“金星的自转方向与太阳系里的其他行星完全相反,对它的研究取得了不少天体物理学的进展。我坚信,在生命科学领域,这样的个性研究也会收获令人惊喜的成果。”

 

 

01哪些是“生命科学的金星”?

代表TCCI发布特殊病例社区的国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长、社区专家委员徐一峰教授表示,特殊病例不同于罕见病病例,也不同于疑难杂症病例,关键在于是否足够特殊,对此的研究能否找到基础研究、临床研究的新视野和盲点,产生新突破。

他介绍,该计划第一批试点内部征集,收到了20多个国内外病例,在确保符合医学伦理规定的前提下,经过专家委员会评审确定资助5个。

 

徐一峰介绍第一批特殊病例资助项目及意向资助项目。

 

一个研究型项目的对象是一位胼胝体先天完全缺失的病人,左右脑功能分裂,但是几十年来学习、工作、生活与正常人没有区别,这种现象非常特殊,绝大多数患者会出现智障、瘫痪等严重症状。对这一病例的研究为探索大脑左右脑联通的代偿机制、理解大脑的可塑性提供了非常难得的机会。另一个项目的对象是一位具有极其超群过目不忘能力的自闭症患者,期待通过深入研究,揭开人脑如何实现超级记忆能力之谜,探索培养更多最强大脑的可能。

同批获得资助的还有冰火交融的发作性睡病和精神分裂症共病、早发性颞叶痴呆等3个随访型项目,期待通过研究这些特殊病例,探索治疗脑疾病的新方法。

02如何资助研究特殊病例?

徐一峰介绍,社区组织了专家委员会,每3个月对医生提报的病例进行评审,包括是否具备足够的特殊性和研究价值,是否真实以及符合医学伦理。资助项目分成三档,随访型5万元以内,主要是完整收集病例资料。研究型10万—30万元,深入研究型30万元以上,资助医生和跨学科学者的合作研究。

他透露,TCCI创始人陈天桥、雒芊芊夫妇特别提出,额外为配合研究的特殊病患者提供经济补贴等人文关怀。

 

 

该计划第二次征集将于7月启动,征集范围包括神经、精神领域当前和过往病例线索,欢迎有兴趣的医生登陆UniCaseHub.com.cn(点击阅读原文或复制链接至浏览器打开),了解有关规则和提交申请,积极提供线索,参与病例交流讨论。

 

 

除经费资助外,社区为入选的特殊病例提供学术支持,包括组织国际案例报告分享和学术研讨会,支持病案论文发表。社区用技术手段严格保护病例隐私和数据安全,还将投入自研的AI模型强化研究分析能力。

03科学家有什么期待?

社区筹备和项目内部征集期间,就得到了国内外医学界的高度兴趣和好评。来自华山医院(国家神经疾病医学中心),上海精卫、北大六院、湘雅二院(国家精神疾病医学中心)的赵敏、徐一峰、赵重波、王振、于欣、王小平、陈亮,以及斯坦福大学、加州大学戴维斯分校的钱湘、邓慧琼和张琳10位知名神经、精神临床医生欣然应邀担任社区第一批专家委员。

 

 

斯坦福大学疼痛和神经外科终身教授和临床主任医师钱湘说:“这一思路在国际范围内也是极其独特和创新的。我非常期待社区聚集全球对此感兴趣的临床和相关学科学者,围绕这些极其珍贵的病例,分享交流、合作研究。”

上海市精神卫生中心院长赵敏教授介绍,神经科学史上最有名的病人之一菲尼斯·盖奇,被铁棍穿透头颅破坏额叶,性情大变。很可惜限于当时条件,没有留下充分的记录及样本。今天,随着技术的进步,我们希望能够弥补这样的缺憾。

陈天桥说:“和建设疾病大队列数据库相比,特殊病例研究是一项细水长流的事业,我们会用日拱一卒的精神持续投入。”

 

 

25

2024-05

4月21日,天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)在上海图书馆(东馆)举办了《沙丘的另类启示——从AI觉醒到超级人类》科普会议,聚焦弗兰克·赫伯特的名作《沙丘》中的另类细节。

会议邀请了上海人工智能研究院技术与产品总监方帅、播客“多铆蒸刚”主播徐辰、2023年上海双年展科幻领读人敏捷共同参与讨论,探索智能时代的无限可能,共吸引了25万余观众在线观看。

 

 

会议中,播客“多铆蒸刚”主播徐辰提到,《沙丘》中通过摄取“香料”来增强思维能力的设定,反映了通过非传统手段增强人类能力的科幻构想。他认为,科技发展可能提供类似的手段来强化人体功能。

上海人工智能研究院技术与产品总监方帅认为,我们应看到AI增强人类能力的正面影响,而不应该仅仅是将其作为威胁。他强调,在当前技术环境下,AI的合理应用已经在许多领域如工业生产中,替人执行危险任务,帮助企业节约成本,提高效率。

 

 

当讨论触及到人工智能的未来发展路径时,方帅提出,AI的应用正在开辟通过增强智能使人类变得更聪明的新路径。徐辰补充道,我们应考虑如何让AI服务于人类,而不是控制人类,强调技术的发展不应只为商业或军事目的,而应更广泛地服务于社会。

此外,会议提出两个核心问题邀请观众一同探讨——我们人类追求的是什么?如果人工智能超越了人类的思考,我们真正的目的是什么?

26

2024-04

近日,天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)当选《中国慈善家》杂志技术公益慈善影响力年度案例。

《中国慈善家》是中国新闻社主管、《中国新闻周刊》主办的央媒体系中唯一的公益慈善领域专业媒体。在《影响力慈善研究报告2023》中,《中国慈善家》将技术公益定义为:以技术赋能社会问题的公益解决方案。其从三个维度:创新性、多样性的技术维度,重大性、突破性的成果维度,多元性、慈善家相关性的机构维度,选择了十个案例开展技术公益研究,当选的其他案例包括小米、阿里、腾讯、抖音等。

《技术公益影响力研究:影响力慈善研究报告2023》目录。

天桥脑科学研究院由盛大集团创始人陈天桥雒芊芊夫妇于2016年出资10亿美元创办,现已成长为全球最大的脑科学私人研究机构之一。据《影响力慈善研究报告2023》介绍,研究院聚焦于利用人工智能和前沿技术提升大脑功能,将慈善资金与前沿技术相结合,致力于在大脑科学领域取得突破性进展。

 

《技术公益影响力研究:影响力慈善研究报告2023》内页。

报告表示,TCCI已在大脑探知、大脑相关疾病治疗以及大脑功能开发等技术应用领域取得突破。比如支持、资助了中科院微系统所和华山医院神经外科团队的脑机接口项目,研发出一种超薄、超柔、高通量的神经信号采集电极。

据《中国慈善家》调研,截至目前,TCCI已累计投入超过15亿元人民币用于国内国际脑科学核心研究项目,涵盖了从基础研究到技术应用转化的完整链条。截至2023年年底,TCCI在中国与华山医院、上海市精神卫生中心合作设立了应用神经技术前沿实验室和人工智能与精神健康前沿实验室。

 

关于TCCI

天桥脑科学研究院(Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl)是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的全球最大私人脑科学研究机构之一,总部设在美国。

TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室;与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。

TCCI建成了支持脑科学研究的生态系统,项目遍布欧美、亚洲和大洋洲,包括学术会议和交流、夏校培训、AI加速发展大奖、科研型临床医生奖励计划、特殊病例社区、中文媒体追问等。

 

01

2024-04

2024年3月23日,天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)中国研究员会议在上海召开。研究院创始人陈天桥、雒芊芊通过视频参会,介绍聚焦AI+记忆和AI+健康(精神健康、健康老龄化和创新神经调控技术)两个重点科研方向,以及通过会议、培训等多渠道,全面推进AI+脑科学。

 

 

华山医院院长、国家神经疾病医学中心执行主任毛颖教授,上海市精神卫生中心院长、国家精神疾病医学中心主任赵敏教授等几十位专家学者参加了会议。

 

 

上海市精神卫生中心陈剑华教授、TCCI耿海洋博士、浙江大学王治国教授、华山医院丁玎教授和黄延焱教授、复旦大学营养研究院高翔教授、华山医院陈亮教授、中科院微系统所陶虎教授、TCCI孙阶博士进行了分享交流。上海视觉艺术学院周斌教授,国家精神疾病医学中心脑健康研究院徐一峰教授、张青博士,复旦大学上海医学院黄志力教授,上海市精神卫生中心李春波教授、王勇教授,华山医院朱巍教授、郁金泰教授、吴泽翰副教授,密歇根大学张俊教授等参加了会议。

 

 

 

关于TCCI

天桥脑科学研究院(Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl)是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的全球最大私人脑科学研究机构之一,总部设在美国。

TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室;与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。

TCCI建成了支持脑科学研究的生态系统,项目遍布欧美、亚洲和大洋洲,包括学术会议和交流、夏校培训、AI加速发展大奖、科研型临床医生奖励计划、特殊病例社区、中文媒体追问等。

 

 

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2024-03

2024年3月23日,由天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)特别赞助的公益科普项目“高山科学经典”第100期导读在上海科学会堂举办。清华大学教授鲁白与多位科学家和学者们一起,导读了生物学“圣经”《创世纪的第八天》一书,共吸引了704万观众在线观看。

 

天桥脑科学研究院学术会议总监耿海洋博士

 

“高山科学经典”第100期导读由复旦大学副教授蒋昌建担任主持人,上海市科委副主任屈炜开场致辞。在导读后,中国科学院院士、复旦大学校长金力、国家蛋白质科学研究(上海)设施主任吴家睿、清华大学科学史系系主任吴国盛与鲁白教授圆桌对话,讨论如何营造原创科学研究的文化和生态。复旦大学附属华山医院教授张文宏也在主题分享环节,讨论如何让科学成为一种文化。中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元,天桥脑科学研究院学术会议总监(中国)耿海洋,高山书院创办人&校长文厨,高山科学经典项目总负责人肖盾等嘉宾出席了本次活动。

此项公益科普项目于2022年4月23日成立,在至今近两年的时间里,有21位院士、182位知名科学家和学者,为2亿+公众导读了100部经典名作。吴国盛认为,这样的大规模的科学家公益导读项目,“在中国,还是第一次”。中国科学院院士韩启德先生曾为项目发声,“我认为这是一个很好的创举。”

 

清华大学教授鲁白

高山科学经典第100期,由鲁白教授导读贾德森的著作《创世纪的第八天》。鲁白教授表示,《创世纪的第八天》讲的是生命科学领域最伟大、最激动人心的一段辉煌历史,上世纪50到60年代,一批非常出色的科学家共同致力于探索,直接导致了一系列的重大科学发现,从此促成了分子生物学的诞生。鲁白教授认为,导读讲的不仅仅是知识,也不仅仅是知识发现背后的故事,更不仅仅是它在当时的意义。所以在导读环节中,除了分享分子生物学诞生的历史,鲁白教授更是将思考落脚到“我们今天读这本书有什么现实意义?”、“真正伟大的科学是如何做出了的”这样的问题上。

节目最后,赞助本次100期庆典活动的天桥脑科学研究院学术会议总监(中国)耿海洋博士为在场近200人介绍了全球最大的私人脑科学研究机构之一的天桥脑科学研究院的基本情况,包括研究院的生态、前沿实验室、数据支持计划、科学媒体、学术会议、科普行动等。他介绍,研究院重点关注AI+脑科学,尤其是AI+精神健康和AI+健康老龄化,期待与中国的科学家、临床医生进一步合作。

 

关于TCCI

天桥脑科学研究院(Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl)是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的全球最大私人脑科学研究机构之一,总部设在美国。

TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室;与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。

TCCI建成了支持脑科学研究的生态系统,项目遍布欧美、亚洲和大洋洲,包括学术会议和交流、夏校培训、AI加速发展大奖、科研型临床医生奖励计划、特殊病例社区、中文媒体追问等。

 

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2024-03

慢性疼痛与睡眠障碍高度共患, 失眠不仅加剧疼痛,还损害记忆、增加患抑郁症的风险。背内侧纹状体(DMS)作为基底神经节的输入,在睡眠-觉醒调节中起关键作用。DMS表达多巴胺D1型受体的中型棘突神经元(D1-MSN)促进觉醒,表达多巴胺D2型受体的中型棘突神经元(D2-MSN)促进睡眠。前扣带皮层(ACC)锥体神经元(PNs)是调控疼痛的关键神经元,也是DMS的主要输入,但ACC-DMS环路是否参与慢性疼痛相关的失眠尚未知。

2024年2月13日,复旦大学上海医学院教授、中国睡眠研究会理事长、天桥脑科学研究院(Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute,TCCI)研究员黄志力团队在Neuron杂志上发表文章揭示了慢性疼痛增强ACC-DMS环路D1-MSN神经元突触可塑性介导失眠的发生。

 

 

01ACC- PNs在慢性疼痛-

失眠共患模型中选择性激活

研究人员利用部分坐骨神经结扎(PSNL)疼痛小鼠模型模拟疼痛和失眠的共患。通过光纤钙成像技术记录昼夜节律时间ZT0–ZT2(上午7点到9点,为PSNL模型小鼠失眠阶段)和ZT12–ZT14(晚上7点到9点,为PSNL模型小鼠和正常小鼠觉醒阶段)ACC- PNs活性,结果发现PSNL模型小鼠在失眠阶段ACC- PNs活性增强,在觉醒阶段无变化。电生理实验也证明PSNL模型小鼠在失眠阶段ACC- PNs微小兴奋性突触后电流增强。单独使用催眠药(安定)或镇痛药(吗啡)均不影响PSNL模型小鼠失眠阶段ACC- PNs活性变化,但在使用联合催眠和镇痛的药物可显著降低失眠阶段ACC- PNs活性。

为进一步证实ACC-PNs活性在慢性疼痛诱发失眠中的重要性,他们通过病毒载体工具特异性诱导ACC脑区兴奋性神经元死亡后,可阻断慢性疼痛诱发失眠的发生。慢性激活正常小鼠ACC- PNs后可增加觉醒时间,减少非快速眼动睡眠时间,表现出睡眠障碍。

 

图1.PSNL模型小鼠在失眠阶段ACC- PNs活性增强

02ACC→DMS环路

调控慢性疼痛诱发的失眠

光激活正常小鼠ACC→DMS环路后并不影响痛觉,但可显著促进觉醒,减少睡眠。纹状体区域可分为背侧纹状体和腹侧纹状体(包含伏隔核等), 前扣带皮层投射到伏隔核的环路参与疼痛的发生,但在光激活该环路并不影响睡眠。慢性抑制PSNL模型小鼠ACC→DMS环路后可缓解疼痛,并能改善睡眠障碍,促进睡眠。

 

图1.慢性激活正常小鼠ACC- PNs后可增加觉醒时间

03DMS D1-MSN神经元

调控慢性疼痛诱发的失眠

考虑到DMS脑区主要存在D1-MSN和D2-MSN神经元,研究人员利用电生理实验发现PSNL模型小鼠DMS D1-MSN神经元内在兴奋性增强,D2-MSN神经元并不存在这种变化。进一步分析发现D1-MSN神经元自发性和微小兴奋性突触后电流均增强,表明慢性疼痛促进D1-MSN神经元突触前释放谷氨酸。PSNL模型损伤后1周DMS D1-MSN神经元长时程增强作用增强,D2-MSN神经元长时程增强作用减弱,这种突触可塑性增强作用并不发生在损伤早期(损伤后第3天)。慢性抑制PSNL模型小鼠D1-MSN神经元活性后尽管不影响疼痛,但可显著减少ZT0–ZT2觉醒时间,促进睡眠,表明DMS D1-MSN神经元调控慢性疼痛诱发的失眠。

 

图1.DMS D1-MSN神经元调控慢性疼痛诱发的失眠

04总结

本文发现慢性疼痛诱发的失眠阶段ACC-PNs活性增强,进而增强其下游DMS D1-MSN神经元突触可塑性,慢性抑制ACC-PNs活性或DMS D1-MSN神经元活性均可缓解睡眠障碍。

参考文献:

Li et al., Anterior cingulate cortex projections to the dorsal medial striatum underlie insomnia associated with chronic pain, Neuron (2024), 

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.01.014

本文转载自: 神经周K微信公众号

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2024-02

1月20日,由健康报社组织评选的2023年度中国十大医学科技新闻和国际十大医学科技新闻,在2024健康报科技科普传播思“享”会上揭晓。

其中天桥脑科学研究院(Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute,TCCI)研究员、复旦大学附属华山医院郁金泰教授有关“新影像标志物或助早期识别阿尔茨海默病”的研究,入选2023年度中国十大医学科技新闻。

研究具体介绍如下:郁金泰教授团队通过与国际多中心、多学科交叉融合团队协作,揭示了脑室形态影响脑疾病发生的遗传机制,可加深对脑疾病内在机制的理解,进而协助脑疾病早期诊断及治疗。研究团队率先发现,侧脑室下角体积增大是阿尔茨海默病可遗传的影像标记,可据此早期识别阿尔茨海默病。

推荐理由:大规模遗传影像数据为探究脑结构的遗传基础提供了可能。该研究首次系统地探究了脑室形态的遗传基础,对理解脑室与脑疾病关系的内在机制,发现新的脑疾病影像标志物,促进脑疾病的早期诊断、预测与进展评估具有重要意义。

下文为研究具体内容,特做摘录以飨读者。

TCCI

脑室是脑的“窗口”,脑室的形态变化反映了脑的发育及老化过程,异常的脑室形态与多种神经及精神系统疾病息息相关。最新的研究表明认知障碍、注意缺陷多动障碍、孤独症谱系障碍、双相情感障碍、重度抑郁障碍和精神分裂症患者中均可见脑室形态异常。

因此,探索脑室形态的遗传结构可加深对脑疾病内在机制的理解,进而协助医生及患者早期诊断及治疗脑疾病,促进脑健康。

TCCI

10月19日,复旦类脑智能科学与技术研究院程炜研究员团队联合天桥脑科学研究院研究院、复旦大学附属华山医院郁金泰教授团队,与国际多中心多学科交叉融合团队协作,基于覆盖全生命周期的五大队列六万余名参与者的遗传和神经影像数据,揭示了脑室形态的遗传基础,发现了脑室形态与神经精神疾病存在遗传关联。并且该研究首次提出侧脑室下角体积增大是阿尔茨海默病可遗传的内表型,可独立于海马体积等传统影像标志物早期预测阿尔茨海默病的发病风险,具有临床应用价值。

相关研究成果以《脑室的遗传结构及其与神经精神特征的遗传重叠》(“Genetic architectures of cerebral ventricles and their overlap with neuropsychiatric traits”)为题发表在Nature子刊 Nature Human Behaviour

 

研究团队首先利用31,880位参与者的遗传和颅脑核磁共振数据,对侧脑室体积、侧脑室下角体积、第三脑室体积、第四脑室体积、侧脑室不对称性、侧脑室下角不对称性进行分析,发现了62个影响脑室形态的遗传位点和785个候选基因,并在包括23,533人的独立队列中验证了超过80%的影响侧脑室体积的位点。进一步分析提示脑室的体积及不对称性均可遗传(遗传力3%-40%),与脑室相关的基因同时在脑的发育和衰老通路中富集。

 

▲ 与脑室形态相关的位点的特征

 

“脑室扩大并不等同于脑萎缩。由于大脑皮质神经元起源于胚胎脑室的干细胞,因此脑室形态异常也有可能是神经系统发育异常的后果。因此,有必要对覆盖全生命周期的样本进行分析,以了解影响脑室形态的基因组位点在全生命周期中的作用,这正是既往研究所欠缺的部分。” 该研究项目的共同通讯作者,天桥脑科学研究院研究员、复旦大学附属华山医院郁金泰教授表示。

进一步,研究团队在分析中加入儿童、青少年、青年队列及纵向数据,探究遗传因素在全生命周期对脑室的影响。研究结果显示,chr3q28位点主要参与脑室发育,而chr7p22.3和chr16q24.2位点可能在脑室的老化过程发挥作用。

 

▲ 全生命周期分析发现了3个主要影响脑室发育或老化的位点

 

共同通讯作者程炜研究员解释:“通过整合全生命周期的数据,我们研究发现部分位点在全生命周期中对脑室形态产生不同的影响,该结果将有助于理解年龄相关疾病的神经机制。例如,主要影响老年人脑室形态改变的位点更有可能与脑的衰老和认知下降等病理过程有关。”

为了探索脑室形态和神经精神特征之间的遗传重叠,进而理解脑室形态影响脑疾病发生的遗传机制,研究团队进而联合多种统计方法检验脑室形态特征与神经精神特征的关联。连锁不平衡分数回归(LDSC)提示脑室体积与反应时间、皮质厚度等特征存在遗传相关性。

 

 

▲ 脑室形态与多种认知行为特征

及反映脑功能的指标存在遗传相关性

▲ 脑室形态与皮层表面积、

皮层厚度、皮层下体积存在遗传相关性

 

进一步,多基因风险评分(PRS)分析提示阿尔茨海默病高遗传风险的个体更有可能表现出较大的侧脑室下角体积。双向孟德尔随机化(MR)提示较大的侧脑室下角体积可能是高阿尔茨海默病遗传风险导致的后果。生存分析(COX)从临床角度证实了较大的侧脑室下角体积可预测阿尔茨海默病的发病风险。最后,为了验证结果的可靠程度,研究团队通过事后分析进一步检验了侧脑室下角体积与阿尔茨海默病的关联。结果提示侧脑室下角体积对阿尔茨海默病发病风险的预测价值独立于海马体积,且该关联能在独立队列中得到验证。同时,侧脑室下角体积与阿尔茨海默病的家族史有关。

 

▲ 脑室形态和脑疾病存在遗传重叠

 

冯建峰教授表示:“对于其他神经精神疾病,各分析方法并未得到一致的结论,因此结论证据水平相对较低。而对于阿尔茨海默病,多种分析结果共同支持侧脑室下角体积与阿尔茨海默病存在正向关联,且能经过独立队列的验证,因此该结论较为稳健。”

 

根据内表型假设,定义为内表型需满足以下标准:1)可遗传;2)与疾病相关;3)独立于个体的临床症状;4)在家庭中内表型和疾病共分离。基于以上标准,研究团队提出侧脑室下角体积是阿尔茨海默病的一个新内表型,可早期预测阿尔茨海默病的发病风险。由于侧脑室下角体积在临床环境中极易被评估,该研究成果具有较高的临床应用价值。

 

冯建峰教授补充:“大规模遗传影像的数据为我们探究脑结构的遗传基础奠定了数据基础,过去的研究都聚焦在大脑皮层及皮层下的脑结构,而对脑室缺乏相关研究,我们利用全生命周期的数据,首次系统地研究了脑室形态的遗传基础,这对我们理解脑室与脑疾病关系的内在机制,发现新脑疾病影像标志物,促进脑疾病的早期诊断、预测与进展评估具有重要意义。“

 

复旦大学类脑智能科学与技术研究院程炜研究员、天桥脑科学研究院研究员、复旦大学附属华山医院神经内科郁金泰教授为该文的共同通讯作者,复旦大学附属华山医院神经内科博士生葛怡君、吴邦胜、张一为该文的共同第一作者。

 

该研究得到了英国生物样本库(UK Biobank)、国际”心脏与衰老研究基因组流行病学队列联盟”(CHARGE)、美国“青少年大脑认知发展”(ABCD)项目、欧洲“正常大脑功能和精神病理学中的强化相关行为”(IMAGEN)项目、美国”人脑连接组计划”(HCP)、美国”阿尔茨海默病神经影像学倡议”(ADNI)、复旦大学类脑智能科学与技术研究院冯建峰教授、复旦大学类脑智能科学与技术研究院Gunter Schumann教授、复旦大学附属华山医院董强教授、青岛市市立医院谭兰教授等的大力支持和帮助。该研究得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、上海市重大专项等的经费支持。

 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41562-023-01722-6

 

研究团队简介

程炜,复旦大学类脑智能科学与技术研究院研究员、博士生导师、老年脑健康智能科学中心主任、复旦大学附属华山医院双聘教授。

研究领域为发展遗传影像大数据统计方法及其在脑疾病中的应用。入选国家级青年人才、上海市启明星人才计划,主持国家重点研发计划专项子课题、国自然面上项目等项目。以通讯或第一作者(含共同)身份在相关领域期刊发表论文40余篇,包括Nature系列期刊Nature Aging(两篇)、Nature Human Behaviour(三篇)、Nature Mental Health(四篇)等。研究成果被Brain、Nature Mental Health等期刊以专门评论文章正面评价,并成功应用于抑郁症的临床治疗。担任Journal of Neuroscience Methods编委以及Nature Human Behaviour,Nature Mental Health等多个期刊审稿人。个人主页:https://wchenglab.com/

 

郁金泰,教授、主任医师、博士生导师、天桥脑科学研究院研究员、复旦大学附属华山医院神经内科副主任、复旦大学类脑研究院双聘教授、国家神经疾病医学中心(华山)认知障碍中心带头人、上海市优秀学术带头人。

研究领域为阿尔茨海默病的防诊治研究,主持科技部脑科学与类脑研究重大项目、教育部中央高校科技领军人才团队项目、国自然面上及重大计划,以通讯作者(含共同)身份在相关领域期刊发表论著60余篇,包括Lancet Neurology、Nature Human Behaviour、Science Advances等。研究成果被NEJM  “Journal Watch”、 BMJ选为重要医学进展或研究亮点。连续多年入选全球高被引科学家,荣获中华医学青年科技奖、省自然科学一等奖。

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以下文章来源于上海交大医学院附属精神卫生中心 ,作者赵 迪 袁逖飞

 

毒品问题是健康中国与和谐社会持续面临的重大挑战。我国目前最主要的毒品为甲基苯丙胺(俗称:冰毒),吸食后导致极强的精神行为紊乱,可诱发幻觉、冲动行为、乃至暴力犯罪,给个人生命健康、家庭经济和社会安定都带来了巨大危害。吸毒是一种长期存在的”顽疾“,其根本原因在于”毒瘾“是一种异常强大、但表现于主观层面的精神心理活动,难以客观评估、动态捕捉与实时治疗。

近期,天桥脑科学研究院(Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute,TCCI)研究员、国家精神疾病医学中心(上海市精神卫生中心)研究员袁逖飞团队,通过构建个体化人脑连接组(brain functional connectivity networks,FCNs),使用人工智能(AI)技术揭示了冰毒成瘾者毒瘾的神经生物学机制,发明了一种能够快速“读脑”、鉴定吸毒者,并计算个体化毒瘾严重程度的实用技术。

相关研究成果于2024年1月16日以“An electroencephalographic signature predicts craving for methamphetamine”为题发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Medicine(IF = 14.3)上。

 

 

研究人员首先利用高密度的头皮脑电图(high-density EEG)技术,通过自动化信号处理及优化算法,对465个神经环路个体化计算其连接强度和神经振荡模式。基于个体的功能连接组学,可以有效区分健康对照组人群和成瘾人群,并鉴定了成瘾大脑中一些具有特异性的神经振荡异常(如左岛叶-右眶额叶的delta振荡、左额中回后部-内侧前额叶皮层的beta振荡、右缘上回-后扣带皮层的beta振荡)。

这些发现,有力的弥补了现有成瘾影像学研究中神经振荡数据的缺失,也为理解成瘾者脑网络异常提供了新模态的实践证据。基于上述关键异常环路及功能网络分析,研究者构建了基于机器学习技术的计算模型,并通过独立数据集证实了其对于个体化毒瘾的识别和预测有效性。该模型在北京、江苏、湖北等省市的人群中都实现了有效验证。

 

 

 

该研究不仅为临床成瘾者提供了重要的诊断策略,也为基于个体化脑环路神经振荡异常的精准脑刺激干预提供了新的思路。一方面,戒毒康复机构能够采用相应技术,为成瘾康复全程提供动态评估追踪和分级管理,并纳入管理模式作为参考指标;另一方面,个体化脑连接组学的异常不仅是个体化精准脑刺激干预的重要理论依据,也可以作为定制化的药物治疗、心理干预或运动康复计划的直接参考。在下一步研究计划中,研究人员将实现可穿戴、便携式的脑电采集设备设计,有望为戒毒康复人员实现实时反馈的毒瘾评估,并用于无创脑刺激技术及数字化疗法的反馈。

天桥脑科学研究院(Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute,TCCI)研究员、国家精神疾病医学中心(上海市精神卫生中心)研究员袁逖飞和斯坦福大学精神病学和行为科学系吴畏为共同通讯作者,田维文、赵迪为共同第一作者。

 

作者专访

您的团队为何开展本研究?

袁逖飞教授、吴畏研究员:毒品成瘾(物质使用障碍)是一种慢性脑疾病。我国现有毒品成瘾者超过1300万人,目前鲜有有效的干预策略;即使戒断多年已无戒断症状,药物相关线索仍可触发成瘾者极强的毒品心理渴求;且患者存在冲动控制障碍,最终导致80%以上的复吸率。毒品成瘾既涉及重大的科学问题,又属于严重的社会问题。因此,揭示成瘾机制,发展有效的干预手段,可有助于理解异常牢固记忆和冲动控制障碍机制,也为开发更为有效的成瘾干预策略提供新靶点和科学数据支撑。心理渴求(毒瘾)的强度与成瘾物质复吸风险密切相关,其客观评价对于及时干预、防止复吸具有重要意义。

您认为本项工作的亮点和重要发现是什么?

袁逖飞教授、吴畏研究员:既往神经影像与行为学研究未能揭示心理渴求的动态加工过程及神经环路的异常振荡。我们的研究发现了多条神经环路上振异常参与毒瘾,为理解成瘾行为的内在驱动和维持过程提供了理论支持。该标记物也为临床患者的复吸风险评估、精准个体化干预评估提供了重要生理指标。

基于人工智能AI和高密度EEG技术的个体化脑连接组学绘制,为解析精神疾病的脑网络异常提供了重要方法,我们较为完善的采用了多种数据分析方法与模型,希望在未来的工作中对成瘾的神经机制作出更为系统的探索。

您团队在该领域有哪些下一步的计划?

袁逖飞教授、吴畏研究员:我们将首先验证利用低通道、可穿戴设备进行毒瘾实时监测的可行性,以实现精准戒毒康复;进一步,我们希望利用该计算模型,对现有临床干预疗法实现有效预测,以预判患者戒毒后的疗效,避免治疗中“走弯路”。

此外,我们通过高密度电生理信号的精准溯源解析了毒瘾的功能环路和具体振荡模式。该些发现使得针对成瘾者的个体化位点、个体化频率模式的精准干预成为可能。

 

本文转载自:上海交大医学院附属精神卫生中心微信公众号;CellPress细胞科学微信公众号

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近日,由天桥脑科学研究院(Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute,TCCI)研究员、复旦大学附属华山医院神经内科郁金泰教授团队领衔,联合复旦大学类脑智能科学与技术研究院的多学科交叉团队基于大规模生物医学数据库与大数据统计建模方法,探究了体重指数(BMI)及其变化和 BMI-代谢健康状况与六种神经和精神疾病 [卒中、痴呆、帕金森病(PD)、焦虑、抑郁、睡眠障碍] 的关系。

研究表明肥胖对卒中、焦虑、抑郁和睡眠障碍,以及体重指数下降对焦虑和睡眠障碍的有害影响。尽管处于健康的代谢状态可以部分减轻肥胖的不良影响,但代谢健康型肥胖并不是一种完全良性的状态,它一样会增加抑郁和睡眠障碍的风险。

此外,通过确定 BMI-代谢健康状况与大脑结构和饮食摄入的关联,探讨了上述关联可能的潜在机制,同时还证明了血液炎症标志物在 BMI-代谢健康状况与神经和精神疾病的关系中的中介作用。

相关研究成果以Body weight in neurological and psychiatric disorders: a large prospective cohort study(《体重与神经和精神疾病的关系:一项大型前瞻性队列研究》)为题发表在Nature子刊 Nature Mental Health,并被编辑以「Body weight has varying effects on the risk of neurological and psychiatric disorders」(体重对神经和精神疾病的风险有不同的影响)为题,选为Research Briefing(研究简报)进行报道。

 

 

神经和精神疾病是全世界致残和死亡的主要原因,虽然多种可改变的生活方式风险因素已被确定为预防策略的关键组成部分,进一步研究这些风险因素的生理反应、危险行为和潜在机制,可以为减轻疾病负担起到很大作用。

肥胖在脑健康相关疾病中的作用已引起越来越多的关注,同时成年期肥胖状况的改变对潜在的疾病风险的影响也值得探讨。先前关于体重变化与中风、痴呆和抑郁症风险之间关系的研究得出了不一致的结果。

与此同时,肥胖引起的代谢综合征,包括血压和血糖水平升高、高脂血症和全身性炎症,对增加患病风险风险的影响还没有被完整了解。为了全面了解 BMI、BMI 变化和 BMI-代谢健康状况对六种最常见的神经和精神疾病发病率的影响,研究团队开始了调查。

研究团队利用具有完整体重及疾病随访数据的 438,483 名人群进行了纵向分析,分别根据其体重指数、体重指数的变化,代谢健康状态(血压、C 反应蛋白、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇)对人群进行分组,分析了肥胖相关指标与常见神经和精神疾病之间的关联,并通过脑影像结构、饮食习惯和炎症标志物探索其潜在机制。

 

 

首先,运用 Cox 模型与非线性模型,研究团队表明,BMI 与痴呆、焦虑、抑郁与睡眠障碍呈非线性型相关。与正常体重组相比,超重或肥胖个体的卒中、抑郁、睡眠障碍和焦虑风险更高。BMI 增加与较高的焦虑和睡眠障碍相关,与之相反,BMI 下降与 AD 风险增加相关。代谢健康型肥胖人群在抑郁症、睡眠障碍的风险较正常体重人群上升。而代谢不健康型肥胖人群在卒中、焦虑、抑郁和睡眠障碍上有更高的风险。

 

 

其次,研究团队运用回归模型,进一步探讨了代谢健康与非健康型肥胖对脑结构的影响。

研究发现,与非肥胖者相比,代谢健康人群在双侧峡扣带皮层和额上皮层的面积和体积更大,壳核、海马、丘脑和杏仁核的皮质下体积更大。然而,代谢非健康人群在包括眶额、颞叶和岛叶皮层、苍白球和丘脑等一系列大脑区域表现出更小的体积。

与之同时,饮食习惯也对代谢健康与非健康型肥胖人群有影响。虽然他们都比非肥胖人群消耗更多的食物,但代谢健康人群更倾向于摄入健康的食物,如蔬菜、新鲜水果和油性鱼类。相比之下,代谢非健康人群倾向于摄入更多的加工肉类和面包,且沙拉和油性鱼类的摄入量较少。

 

 

 

 

最后,研究团队运用中介分析,揭示了外周炎症成分的作用,即四种炎症标志物(白细胞计数、中性粒细胞计数、单核细胞计数和 CRP)在 BMI-代谢健康状况与卒中、抑郁、焦虑和睡眠障碍风险的关联中起到中介效应。

 

 

 

郁金泰教授团队的这项研究,证明了体重增加和肥胖对几种神经和精神疾病的有害影响。尽管处于健康的代谢状态可以部分减轻肥胖的不良影响,但代谢健康型肥胖并不是一种完全良性的疾病。因此,应该向所有肥胖人群推荐体重管理,以预防神经和精神疾病。

天桥脑科学研究院研究员、复旦大学附属华山医院神经内科郁金泰教授为该论文的通讯作者。复旦大学附属华山医院神经内科王榕泽博士、何宇博士为该文的共同第一作者。该研究还得到了复旦大学类脑智能科学与技术研究院冯建峰教授、程炜研究员的大力支持和帮助。

本文转载自丁香园神经时间微信公众号

参考文献:

[1] Wang, RZ., He, Y., Deng, YT. et al. Body weight in neurological and psychiatric disorders: a large prospective cohort study. Nat. Mental Health (2024). https://doi.org/10.1038/s44220-023-00158-1.

[2] Body weight has varying effects on the risk of neurological and psychiatric disorders. Nat. Mental Health (2024). https://doi.org/10.1038/s44220-023-00167-0.

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