Science揭开大脑静息状态下功能网络的秘密

　　

之前的成像研究表明，当大脑处于静息状态时，不同的脑区共同形成网络，但这种功能连接背后的分子机制并不清楚。如今，斯坦福大学医学院领导的研究团队鉴定出一组共136个基因，其表达似乎协调了不同脑区的活动。这项成果发表在6月12日的《Science》上。

研究人员综合了磁共振成像的数据、艾伦脑科学研究所的芯片数据，以及IMAGEN联盟的全基因组SNP数据，来探索这些网络的分子机制。

这篇文章的资深作者，斯坦福大学的神经学副教授Michael Greicius表示：“许多人对静息状态下的网络活动持怀疑态度。我们希望深入挖掘，了解这些成像结果的分子基础，这表明大脑即使在休息时也保持了其精确的功能性网络结构。”

根据15名健康人静息状态下的MRI数据，Greicius及其同事利用一种独立成分分析，计算了14个已知且重复的功能网络。他们将六名个体的芯片数据与那些网络相比对，但分析的重点放在4个研究透彻的非重叠网络：背侧的默认模式网络、突显网络、感觉运动网络和视觉空间网络。

为了定义相关的基因表达网络，研究人员依赖各个组织样本之间表达谱的转录相似性。他们通过大脑组织样本定义了网络中的节点，研究了近17,000个基因的表达相似性。

利用一种算法，研究人员发现功能上分组的区域中的基因表达相关性比预期要高。通过计算每个基因对四个网络的影响，他们鉴定出136个基因，这些基因似乎成为功能网络的基础。

为了验证这个名单，研究人员还利用了IMAGEN数据库中259人的全基因组SNP和静息状态下的fMRI数据。在此基础上，他们还得出结论，共有基因的多态性与功能网络的强度相关。

Greicius及其同事指出，这136个基因大多集中在与运输相关的基因，特别是钠离子通道，它们与九种神经精神疾病相关联，包括阿尔茨海默病和精神分裂症。他们进一步利用IMAGEN的数据集验证了这些关联。

之前在Greicius实验室做博士后的Jonas Richiardi表示：“我们的工作对一些神经精神疾病有着潜在的影响。”他是这篇文章的共同第一作者，目前在日内瓦大学工作。研究人员指出，阿尔茨海默病通过默认模式网络从一个脑区扩散到另一个，而关注这个网络中的基因可能会有助于这种疾病的研究。（生物通 薄荷）

原文检索

Correlated gene expression supports synchronous activity in brain networks

Science 12 June 2015:
Vol. 348 no. 6240 pp. 1241-1244