Etablierung einer normalen Hirnkartierung und Forschung zur individuellen Diagnose schwerer Hirnerkrankungen

Im Jahr 2022 veröffentlichte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) ein Grundsatzdokument, in dem sie dazu aufrief, der Gesundheit des Gehirns und neurologischen Erkrankungen Aufmerksamkeit zu schenken. Im „14. Fünfjahresplan“ Chinas wird die Hirnforschung als einer der Schlüsselforschungsbereiche ausgewiesen, mit dem Entwicklungsziel, das Verständnis grundlegender Gehirnmechanismen zu fördern und den Bedarf an einer Verbesserung der Gehirngesundheit in der Bevölkerung zu decken. Das Verständnis der Gehirnentwicklung und des Alterns bei gesunden Menschen ist eine Voraussetzung für das Verständnis neurologischer Erkrankungen. Die Funktion der Blut-Hirn-Schranke ist für die Erhaltung der Gehirngesundheit von entscheidender Bedeutung und spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung und Entwicklung schwerer Hirnerkrankungen. Allerdings mangelt es derzeit an standardisierten Referenzwerten für die Auswertung der Hirnstrukturbildgebung, und noch weniger ist über die Veränderungen der Blut-Hirn-Schrankenfunktion in gesunden Populationen bekannt. Dies behindert das Verständnis der Gehirngesundheit, der Pathologie schwerer Hirnerkrankungen und die Fähigkeit, frühzeitig individuelle Diagnosen und Behandlungen zu stellen, erheblich. Darüber hinaus ist die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) zwar zu einem unverzichtbaren Forschungsinstrument in den Neurowissenschaften geworden, ihre klinische Anwendung ist jedoch immer noch mit Schwierigkeiten behaftet, vor allem aufgrund des Mangels an standardisierten quantitativen Auswertungsmethoden. Im Jahr 2022 wurden internationale Datensätze erstellt, die die menschliche Lebensspanne abdecken, und die erstellten Perzentilkurven zeigten Bevölkerungsmuster der Gehirnentwicklung und individuelle Unterschiede auf und boten ein vielversprechendes standardisiertes Instrument zur Bewertung der Gesundheit und Krankheiten des Gehirns. Dennoch weisen bestehende Charakterisierungen der Bildgebung des Gehirns immer noch einige Einschränkungen auf: (1) das Fehlen normaler Referenzwerte für Bildgebungsstrukturen des Gehirns in der chinesischen Bevölkerung; (2) das Fehlen von Indikatordiagrammen für die Gehirnfunktion, wie z. B. funktionelle Konnektivität und Durchblutung des Gehirns, insbesondere im Hinblick auf die entscheidende Rolle von Veränderungen der Blut-Hirn-Schranke bei der Transformation schwerer Hirnerkrankungen; (3) Der Nutzen von Hirndiagrammen bei der Diagnose und Behandlung schwerwiegender Hirnerkrankungen ist nicht systematisch erforscht. Daher ist die Erstellung von Abbildungsdiagrammen zur Gehirnstruktur und -funktion (normale Referenzwerte) für die chinesische Bevölkerung unerlässlich und stellt ein dringendes wissenschaftliches und klinisches Problem dar, das angegangen werden muss.

Einrichtung der chinesischen Normalbevölkerungs-Neuroimaging-Datenbank: Ziel der Forscher ist es, die größte Neuroimaging-Forschungskohorte in China aufzubauen, bestehend aus 10.000 Teilnehmern mit einem breiten Altersspektrum (6-90 Jahre), ausgewogener Geschlechterverteilung und Vertretung aus mehr als 30 Zentren bundesweit und sorgt so für eine ausgewogene Verteilung der Scangeräte. Mithilfe föderierter Methoden des maschinellen Lernens wird die Studie Datenschutz- und Sicherheitsbedenken berücksichtigen. Dieses Projekt umfasst hauptsächlich: ① Retrospektive Sammlung von Neuroimaging-Daten von 5.000 Teilnehmern im ganzen Land, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf 3DT1WI- und 3DFLAIR-Bildgebung liegt und außerdem grundlegende demografische Informationen, Gesundheitszustand und neuropsychologische Bewertungen gesammelt werden. ② Eine prospektive Neuroimaging-Kohorte von 5.000 Teilnehmern aus der chinesischen Normalbevölkerung, einschließlich multimodaler Bildgebungssequenzen (3DT1WI, 3DFLAIR, DKI, ASL, VEXI und Ruhezustands-fMRT) sowie detaillierter demografischer Informationen, neuropsychologischer Beurteilungen, standardisierter Fragebögen und Grundlagen körperliche Untersuchungen. Multimodale Neuroimaging-Daten und neuropsychologische Untersuchungen werden in zwei Nachuntersuchungen (1-Jahres- und 2-Jahres-Intervalle) erhoben. Unter den gesammelten multimodalen Bildgebungsverfahren des Gehirns ist die Methode, die die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke widerspiegelt, die MRT des vaskulären Wasseraustauschs (VEXI), bei der Wassermoleküle als natürliche interne Tracer zur Messung der Funktion der Blut-Hirn-Schranke verwendet werden.

Erstellung von Gehirnstruktur- und Funktionsdiagrammen für die chinesische Normalbevölkerung: Basierend auf retrospektiven und prospektiven Neuroimaging-Daten der chinesischen Normalbevölkerung werden standardisierte Modellierungsmethoden (einschließlich Generalized Additive Mixed Models [GAMLSS] und Gaußsche Prozessregression [GPR]) verwendet Erstellen Sie strukturelle Gehirndiagramme. Diese Diagramme umfassen: ① Gesamthirnvolumina (Volumen der grauen Substanz [GMV], Volumen der weißen Substanz [WMV], intrakranielles Gesamtvolumen [TIV] usw.), die Volumina von 148 Gehirnregionen und die Volumina subkortikaler Kerne. ② Faserbahnen der weißen Substanz (48 Faserbahnen der weißen Substanz und Diffusionsmetriken, einschließlich fraktionierter Anisotropie [FA], mittlerer Kurtose [MK], mittlerer Diffusivität [MD] usw.) und funktionelle Gehirndiagramme, die Folgendes umfassen: ① Blut-Hirn-Schranke Permeabilität; ② Zerebraler Blutfluss (CBF); ③ Lokale Gehirnaktivitätsindikatoren (Regionale Homogenität [ReHo], Amplitude niederfrequenter Fluktuationen [ALFF] usw.); ④ Globale funktionale Konnektivität; und ⑤ Gehirnnetzwerkanalyse (lokale und globale Effizienz), unter anderem.