CRCNS: Investigating Brain Dynamics through the Lens of Statistical Mechanics
CRCNS:通过统计力学的视角研究大脑动力学
基本信息
- 批准号:10222567
- 负责人:
- 金额:$ 28.87万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-08-01 至 2023-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AchievementAffectAgeAgingAllelesAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease diagnosisAlzheimer&aposs disease modelAlzheimer’s disease biomarkerAmyloid beta-42Amyloid depositionAnteriorApolipoprotein EBackBrainClinicalCognitiveComplexDNA Sequence AlterationDataData SetDiagnosisDiffusion Magnetic Resonance ImagingDiseaseDoseElderlyEquilibriumExhibitsFamilyFemaleFunctional Magnetic Resonance ImagingFunctional disorderGenderGraphHumanHybridsImageImpairmentInstructionKnock-inLearningLinkLongevityMathematicsMeasuresMedical ImagingMemoryModelingModernizationMusNatureNeuronsOnset of illnessParahippocampal GyrusPatternPerformancePersonsPhase TransitionPhenotypePhysicsPropertyResourcesRestRiskStatistical MechanicsStructureSynapsesSystemTechniquesTemporal LobeTestingThermodynamicsTimeTransgenic MiceWomanbasecomputerized toolsconnectomeconvolutional neural networkdeep learningdesigndisease classificationferritegenetic risk factorhuman dataimprovedlensmalemenmouse modelmultimodalityneuroimagingneuronal circuitryneuropathologynon-invasive imagingnormal agingnoveloutcome predictionrecruitsextau Proteinstheoriestool
项目摘要
Synaptic dysfunction has been hypothesized to be one of the earliest brain changes in Alzheimer’s
disease (AD), leading to hyper-excitation in neuronal circuits. However, network changes related to age
and sex tend to overlap with disease neuropathology, increasing the difficulty of separating
disease-specific alterations from those related to normal aging trajectories in males and females. Indeed,
AD disproportionately affects women, who comprise two thirds of all persons diagnosed with AD
dementia.
Leveraging resting state fMRI connectome and diffusion MRI-derived structural connectome, we will use a
novel hybrid resting-state structural connectome (rs-SC) to study excitation-inhibition balance. Recently,
using a group of cognitively normal APOE-ε4 carriers and age/gender matched non-carriers we
demonstrated a sex-by-age-by-phenotype interaction, with significant hyperexcitation with increasing age
only observable in women, but not in men. Further, hyperexcitation in female carriers began to exhibit at
age 50 in the anterior cingulate, parahippocampal gyrus and temporal lobe regions, and the degree of
hyperexcitation is linked to compensatory recruitment of neuronal resources during a spatial learning
memory task.
In this proposal, we will characterize 1) sex-specific normative trajectories of excitation-inhibition balance
using the Human Connectome Project (HCP) data, and 2) altered excitation-inhibition balance in
abnormal aging using the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) data, as well as 3) further
test and validate our hyperexcitation framework in longitudinal mouse models of AD.
RELEVANCE (See instructions):
In this proposal, we will develop novel computational tools to characterize hyper-excitation patterns in
aging and Alzheimer's Disease and validate our hyperexcitation framework on human data (ADNI and
HCP) as well as longitudinal mouse models of AD. This will significantly improve our understanding of AD
and potentially accelerate the discovery of more robust non-invasive imaging biomarkers of AD.
突触功能障碍已成为阿尔茨海默氏症最早的大脑变化之一
疾病(AD),导致神经回路过度兴奋然而,网络变化与年龄有关。
性别往往与疾病神经病理学重叠,增加了分离的难度
事实上,与男性和女性正常衰老轨迹相关的疾病特异性改变。
AD 对女性的影响尤为严重,她们占所有被诊断患有 AD 的人的三分之二
失智。
利用静息态 fMRI 连接组和扩散 MRI 衍生的结构连接组,我们将使用
最近,新型混合静息态结构连接体(rs-SC)用于研究兴奋-抑制平衡。
使用一组认知正常的 APOE-ε4 携带者和年龄/性别匹配的非携带者,我们
表现出性别、年龄、表型之间的相互作用,随着年龄的增加,显着的过度兴奋
仅在女性中观察到,但在男性中观察不到。此外,女性携带者开始表现出过度兴奋。
50岁前扣带回、海马旁回和颞叶区域,以及
过度兴奋与空间学习期间神经资源的补偿性招募有关
记忆任务。
在本提案中,我们将描述 1) 兴奋-抑制平衡的性别特异性规范轨迹
使用人类连接组计划 (HCP) 数据,以及 2) 改变兴奋-抑制平衡
使用阿尔茨海默病神经影像倡议 (ADNI) 数据发现异常衰老,以及 3) 进一步
在 AD 纵向小鼠模型中测试和验证我们的超兴奋框架。
相关性(参见说明):
在本提案中,我们将开发新颖的计算工具来表征超激励模式
衰老和阿尔茨海默病,并验证我们的人类数据超兴奋框架(ADNI 和
HCP)以及 AD 纵向小鼠模型,这将显着提高我们对 AD 的理解。
并有可能加速发现更强大的 AD 非侵入性成像生物标志物。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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