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Nov 27, 2023

Communications Biology volume 5, Número do artigo: 1056 (2022) Citar este artigo

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Os conectomas do cérebro humano incluem conjuntos de regiões centrais densamente conectadas. No entanto, a consistência e a reprodutibilidade dos hubs conectoma funcionais não foram estabelecidas até o momento e as assinaturas genéticas subjacentes aos hubs robustos permanecem desconhecidas. Aqui, conduzimos uma análise metaconectômica harmonizada em todo o mundo, reunindo dados de ressonância magnética funcional em estado de repouso de 5.212 adultos jovens saudáveis ​​em 61 coortes independentes. Identificamos hubs de conectoma altamente consistentes e reprodutíveis em regiões heteromodais e unimodais, tanto entre coortes quanto entre indivíduos, com os maiores efeitos observados no córtex parietal lateral. Esses hubs apresentam perfis de conectividade heterogêneos e são críticos para comunicações intra e inter-redes. Usando conjuntos de dados de transcriptoma post-mortem, mostramos que, em comparação com os não hubs, os hubs de conectoma têm um padrão transcriptômico espaço-temporalmente distinto dominado por genes envolvidos na via de sinalização de neuropeptídeos, processos de neurodesenvolvimento e processos metabólicos. Esses resultados destacam a robustez dos hubs conectoma macroscópicos e seus potenciais fundamentos celulares e moleculares, o que aumenta significativamente nossa compreensão de como os hubs conectoma emergem no desenvolvimento, suportam a cognição complexa na saúde e estão envolvidos na doença.

Estudos de mapeamento de conectomas funcionais identificaram conjuntos de regiões densamente conectadas em redes cerebrais humanas de larga escala, conhecidas como hubs1. Os hubs do conectoma desempenham um papel crucial na comunicação global do cérebro1,2 e suportam uma ampla gama de processamento cognitivo, como memória de trabalho3 e processamento semântico4. Evidências crescentes sugerem que esses centros cerebrais altamente conectados são preferencialmente visados ​​por muitos distúrbios neuropsiquiátricos5,6,7,8, o que fornece pistas críticas para entender os mecanismos biológicos dos distúrbios e estabelecer biomarcadores para diagnóstico de doenças8,9 e avaliação de tratamento10 (refs. 1, 2,11,12 para revisões).

Apesar dessa importância, há considerável inconsistência nas localizações anatômicas dos hubs funcionais do conectoma entre os estudos existentes. Por exemplo, os componentes da rede de modo padrão (DMN) têm sido frequentemente relatados como hubs conectoma, mas o padrão espacial é altamente variável entre os estudos. Em particular, vários estudos mostraram hubs altamente conectados nas regiões parietais laterais do DMN7,8,13,14, enquanto outros relataram estruturas da linha média do DMN15,16,17,18,19. Vários trabalhos identificaram regiões sensório-motoras e visuais primárias como hubs conectomas13,14,16,17,18,19, mas outros não replicaram esses achados7,8,15. Regiões subcorticais, como o tálamo e a amígdala, também foram relatadas de forma inconsistente como hubs8,15,16,18 e não hubs7,13,14,17,19. Assim, a consistência e a reprodutibilidade dos hubs de conectoma funcionais têm sido difíceis de estabelecer até o momento, o que pode ser atribuído ao tamanho inadequado da amostra e às diferenças no scanner de imagem, protocolo de imagem, processamento de dados e estratégias de análise de conectoma. Aqui, nosso objetivo foi estabelecer um modelo de meta-análise harmonizado para identificar hubs funcionais robustos de conectomas em adultos jovens saudáveis, combinando várias coortes com protocolos uniformes para garantia de qualidade de dados, processamento de imagens e análises de conectomas.

Uma vez identificados os hubs conectomas robustos, examinaremos mais detalhadamente suas assinaturas genéticas. Foi bem demonstrado que a arquitetura do conectoma do cérebro humano é hereditária, como a conectividade funcional do DMN20 e a otimização de custo-benefício21. Além disso, os conectomas funcionais podem ser regulados pela variação genotípica tanto durante o repouso22 quanto em tarefas cognitivas23, especialmente envolvendo o DMN22,23 e a rede frontoparietal (FPN)23. Evidências crescentes também sugerem correspondência espacial entre perfis transcriptômicos e arquiteturas de conectomas24,25,26 (ref. 27 para revisão). Assim, raciocinamos que os robustos hubs de conectomas macroscópicos poderiam estar associados a assinaturas genéticas microscópicas. Elucidar essas assinaturas genéticas beneficiará substancialmente nossa compreensão de como os hubs conectomas surgem no desenvolvimento, funcionam na cognição complexa e estão envolvidos na doença.