- 2 次围观
引言：重性抑郁障碍（major depressive disorder，MDD）是一种患病率高且致残性强的精神障碍。人类神经影像学研究日益倾向于从大尺度脑网络组织改变的角度来刻画其神经生物学基础。静息态功能磁共振成像（fMRI）的研究结果总体上与这一观点一致，但仍表现出高度异质性，这既反映了临床差异，也反映了分析方法的变异。现有主流方法主要通过表征脑区之间的两两关系来描述功能组织，这可能限制了其捕捉与抑郁及其病程相关的更为全局性的脑组织特征的能力。本研究采用拓扑数据分析（Topological Data Analysis，TDA）中的新方法，为理解脑—行为关联提供新的视角。 研究目标：本研究的主要目标是确定全脑功能连接的拓扑描述指标能否捕捉与MDD相关的改变。具体而言，我们考察了这些特征是否沿着具有临床意义的异质性维度发生变化，重点关注疾病病程（单次发作型与复发型MDD）以及当前抗抑郁药物使用状态。为此，我们分析了零阶和一阶Betti数（β₀和β₁）的曲线下面积（area under the curve，AUC）；二者分别反映跨不同尺度的全局网络整合以及高阶环结构。我们进一步考察了与β₁相关的环数量及其粗粒度的解剖构型。 方法：神经影像学数据（静息态fMRI）和表型数据取自DIRECT联盟REST-meta-MDD项目所纳入的1,490名参与者，其中包括776名MDD患者和714名从未患过抑郁症的对照者。我们基于Power-264脑图谱所定义的脑区之间的Pearson相关系数计算功能连接矩阵，并使用CovBat对不同研究中心的数据进行 harmonization。采用拓扑数据分析，通过β₀和β₁曲线及其曲线下面积（AUC），刻画不同功能连接阈值下的全脑网络组织。我们使用多元线性回归和广义线性回归模型评估组间差异，以及疾病病程和用药状态的影响。 结果：与对照者相比，MDD患者的β₀ AUC显著更高，提示其在不同功能连接阈值下的全局整合谱发生了改变。β₀ AUC不随疾病病程、患病持续时间或症状严重程度而变化。相比之下，β₁ AUC在不同疾病病程之间呈梯度式增加，复发性抑郁患者的数值最高。该效应主要由一维环数量增加所驱动，而非由环的持续性增强所致。用药状态进一步调节了β₁的改变：未用药的单次发作型MDD患者以及正在接受药物治疗的复发型MDD患者均表现出升高的β₁数值。解剖学分解显示，高阶拓扑改变主要由跨越多个大尺度功能系统的网络间构型所驱动。 讨论：这些发现表明，MDD与多尺度功能组织的改变相关，其特征表现为全局整合的紧密性降低，同时跨网络、界定空洞的环结构更为常见；此外，这些特征还随疾病病程和当前用药状态而系统性变化。这提示，基于拓扑学的测量指标能够捕捉抑郁症脑组织中具有临床意义的变异性。
引言：重性抑郁障碍（major depressive disorder，MDD）是一种患病率高且致残性强的精神障碍。人类神经影像学研究日益从大尺度脑网络组织改变的角度来刻画其神经生物学基础。静息态功能磁共振成像（fMRI）的研究结果总体上与这一观点一致，但仍表现出较高的异质性，这既反映了临床差异，也体现了分析方法的差异。现有主流方法主要通过描述脑区之间的两两关系来刻画功能组织，这可能限制了其捕捉与抑郁及其病程相关的更具全局性的脑组织特征的能力。本研究采用拓扑数据分析领域的新方法，为这些脑—行为关联提供新的视角。
目标：本研究的主要目标是确定全脑功能连接的拓扑描述指标是否能够捕捉与MDD相关的改变。具体而言，我们考察了这些特征是否沿着具有临床意义的异质性维度发生变化，重点关注病程（单次发作型与复发型MDD）以及当前抗抑郁药物使用状态。为此，我们分析了第0贝蒂数和第1贝蒂数（B₀和B₁）的曲线下面积（area under the curve，AUC）；二者分别反映跨尺度的全局网络整合和高阶环结构。
方法：神经影像学数据（静息态fMRI）和表型数据来自DIRECT联盟REST-meta-MDD项目纳入的1,490名参与者，其中包括776名MDD患者和714名从未患抑郁症的对照者。采用Power-264图谱定义的脑区之间的皮尔逊相关计算功能连接矩阵，并使用CovBat在不同站点之间进行协调。应用拓扑数据分析，通过B₀和B₁曲线及其曲线下面积（AUC），刻画不同连接阈值下的全脑网络组织。进一步考察了B₁相关的环数量及其粗粒度解剖构型。采用多重线性回归和广义线性回归模型评估组间差异，以及病程和药物使用状态的影响。
结果：与对照者相比，MDD患者的B₀ AUC显著升高，提示其在不同连接阈值下的全局整合模式发生改变。B₀ AUC不随病程、患病持续时间或症状严重程度而变化。相比之下，B₁ AUC在不同病程之间呈梯度式升高，复发性抑郁患者的数值最高。该效应主要由一维环数量增加所驱动，而非由环持续性增强所致。药物使用状态进一步调节了B₁的改变：未用药的单次发作型MDD患者和已用药的复发型MDD患者均表现出升高的B₁值。解剖学分解显示，高阶改变主要由跨越多个大尺度功能系统的网络间构型所驱动。
讨论：这些研究结果表明，重性抑郁障碍（MDD）与多尺度功能组织的改变相关，其特征表现为全局整合的紧凑性降低，以及跨网络空洞定义循环出现的频率增加；这些特征随病程和当前用药情况呈系统性变化，提示基于拓扑学的指标能够捕捉抑郁症患者脑组织中具有临床相关性的变异。
作者声明不存在竞争性利益。
感谢您有兴趣传播 bioRxiv 的相关信息。
注意：您的电子邮箱地址仅用于确认您是本文的发送者。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.18.752576v1?rss=1
🏷️ 重性抑郁障碍 静息态功能磁共振成像 拓扑数据分析 脑网络拓扑结构 Betti数 抗抑郁药物