Известно , что у ВИЧ-положительных людей более низкий коэффициент кластеризации фракционной анизотропии (FA ) по сравнению с ВИЧ-отрицательными людьми. Кроме того, у ВИЧ-положительных людей степень поражения лимфатических узлов в левом таламусе ниже. У ВИЧ-положительных людей глобальный коэффициент кластеризации FA положительно коррелирует с числом клеток CD4 в надире. FA и MD предоставляют дополнительную информацию о структуре волокон белого вещества (WM) , причем FA является более показателем структурной целостности аксонов ( Winston, 2012 ), в то время как MD более чувствителен к микроструктурной плотности WM, включая потерю клеток и аксонов в результате нейровоспаления ( Alexander et al., 2007 ; Lentz et al., 2014 ). Как правило, снижение FA и увеличение MD указывают на нарушение целостности WM ( Chanraud et al., 2010 ).
Анализ всего мозга показал общее снижение FA и увеличение MD у ВИЧ-положительных людей по сравнению с ВИЧ-отрицательными контролями; эти дефициты связаны с тяжестью ВИЧ-инфекции и неврологической дисфункцией ( Heaps et al., 2011 ; Ragin et al., 2005 ; Stubbe-Drager et al., 2012 ; Su et al., 2016). Более конкретно, ВИЧ был связан с диффузным снижением FA в проекционных, ассоциативных и комиссуральных трактах WM ( Chen et al., 2009 ; Stubbe-Drager et al., 2012 ; Su et al., 2016 ; Wakim et al., 2017 ). Сообщалось об увеличении MD во внутренних и внешних волокнах капсулы и верхних связках поясной извилины. В совокупности эти исследования предполагают, что дефицит WM, вторичный по отношению к ВИЧ-инфекции, возникает диффузно, связан с худшими характеристиками заболевания, связанного с ВИЧ, и коррелирует с дефицитом когнитивных способностей. Как таковые, они могут представлять собой важные биологические маркеры неврологического прогрессирования ВИЧ-инфекции.
Метрики диффузионного тензорного изображения (DTI) могут быть использованы для изучения взаимосвязей между структурными связями всего мозга посредством идентификации целостности микроструктуры WM между кортикальными областями ( Hagmann et al., 2007 ). Эти данные о структурной связности всего мозга называются коннектомом и описывают топологическую организацию сетей мозга ( Sporns et al., 2005 ). Показатели DTI позволяют количественно оценить степень, в которой региональная сегрегация и разделение функций уравновешиваются взаимосвязью между структурами мозга ( Fornito and Bullmore, 2015 ; Watts and Strogatz, 1998). В то время как сегрегация относится к кластерам регионов, которые взаимодействуют для эффективного выполнения определенных когнитивных задач, интеграция относится к взаимодействиям между отдельными кластерами для выполнения сложных интегративных задач ( Bullmore and Sporns, 2012 ). Важный компонент интеграции включает в себя концепцию центральности, которая указывает на то, насколько конкретный регион фокусируется на сетевой организации в структурно связанных кластерах регионов ( Bullmore and Sporns, 2012 )..
Недавнее исследование структурной взаимосвязи с использованием DTI у ВИЧ-позитивных молодых людей в Южной Африке ( n = 29) показало более низкие характерные длины пути, общую эффективность, силу связи и коэффициент кластеризации по сравнению с ВИЧ-отрицательными контролями ( n = 16). Результаты этого исследования предполагают, что ВИЧ-инфекция связана с измененной глобальной и узловой связностью в структурном коннектоме. ВИЧ-положительные участники показали более низкий глобальный коэффициент кластеризации, свидетельствующий о сниженной сегрегации по сравнению с ВИЧ-отрицательными участниками, а также более низкую узловую степень в левом таламусе. Уменьшение сегрегации сети было связано с более низким уровнем CD4 у ВИЧ-положительных участников, что позволяет предположить, что на организацию сети мозга может негативно повлиять более сильное подавление иммунитета в анамнезе. Нейрокогнитивное функционирование в разных группах было связано с более низкой характеристической длиной пути FA и более высокой глобальной эффективностью FA, хотя этот эффект не был специфическим для ВИЧ. Этот результат согласуется с другими исследованиями, в которых сообщается о связи между более низким уровнем CD4 и более низким общим объемом WM и GM.
Было высказано предположение, что история тяжелого подавления иммунитета может отражать большую репликацию вируса ( Cohen et al., 2010 ; Jernigan et al., 2011 ), что может привести к большему повреждению нейронов, влияющему на сегрегацию сети мозга.
Исследование ВИЧ с помощью DTI обнаружило снижение целостности WM при использовании MD во внутренней капсуле ВИЧ-положительных людей ( Pfefferbaum et al., 2009 ), тракте WM, который проецируется от таламуса на несколько корковых и подкорковых областей. ВИЧ-инфекция всегда была связана с уменьшением объема таламуса ( Chiang et al., 2007 ; Janssen et al., 2015 ; Kallianpur et al., 2013 ; Sanford et al., 2017 ), а объем таламуса был связан с дефицитом в двигательной активности (Janssen et al., 2015 ) и функции памяти ( Fama and Sullivan, 2015 ) у ВИЧ-инфицированных.
Глассарий
Оценка коннектома
Детерминированная трактография обычно запускается с помощью модуля набора инструментов Connectome Mapper Toolkit (CMTK) ( Gerhard et al., 2011 ), который использует классический алгоритм слежения за потоком волокна ( Hagmann et al., 2003 ). Волокна отфильтровываются сплайном с помощью Diffusion Toolkit до создания матрицы соединений. Межрегиональные волокна определяются как волокна, которые начинаются и заканчиваются парами узлов серого вещества (GM) и проходят через маску WM. Пороговые значения длины применяются к трактографии всего мозга, исключая волокна длиной <2 мм и > 40 мм в качестве артефактов. Затем CMTK используется для создания взвешенной матрицы связности для последующего анализа теории графов на основе значений FA и MD. Трактография всего мозга, кортикальная и подкорковая сегментация объединяются с помощью Freesurfer ( Daducci et al., 2012 ).Преобразования регистрации были применены к маске WM и разбиению GM, чтобы сопоставить их с пространством распространения. Края определяются между узлами с использованием случайных исходных точек, выбранных в каждом вокселе узла, при этом линии тока распространяются в двух противоположных направлениях локальных направлений диффузии (FA или MD) с фиксированным размером шага 1 мм ( Hagmann et al., 2007). Окончательное определение края состоит из усредненной картины диффузии отдельно для MD и FA. Распространение ограничено в пределах маски WM, и это распространение обычно остановливается , когда достигает определенной границы между масками WM и GM и / или возникает несоответствие между направлениями диффузии в соседних вокселях ( Daducci et al., 2012 ).
Узлы определяются из кортикальных и подкорковых областей с помощью Freesurfer и использования Desikan-Killiany Atlas для автоматической подкорковой сегментации и кортикального разделения анатомических сканирований T1 нативного пространства ( Desikan et al., 2006 ).. Сетевой анализ выполняется с использованием GRETNA версии 1.2 ( Wang et al., 2015 ). Исследуют четыре общих глобальных показателя, которые описывают характеристики сети в целом: мощность соединения (сумма всех узловых соединений), характерная длина пути (мера интеграции, определяемая как средний кратчайший путь между всеми узлами), глобальная эффективность ( мера интеграции, определяемая как величина, обратная характеристической длине пути), и коэффициент глобальной кластеризации (мера сегрегации, определяемая как степень взаимосвязанных окрестностей узлов). Также исследуют три метрики узловой сети, описывающие интеграцию и центральность конкретных узлов ( Fornito, Bullmore, 2015 ; Sporns, 2014).): узловая степень (количество ребер, исходящих из узла), узловая эффективность (обратная средняя длина кратчайшего пути от узла к каждому другому узлу) и узловая центральность промежуточности (доля кратчайших путей, которые проходят через узел). ). Чтобы избежать ошибок, связанных с одним порогом, используют диапазон порогов разреженности от 5% до 40% с шагом 1%.
Добавить комментарий