在自閉癥譜系障礙的研究中，雖然臨床研究的影響很大，但我們對(duì)自閉癥的病理生理學(xué)仍舊知之甚少（ASD）。靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）研究已經(jīng)大量發(fā)現(xiàn)ASD患者中大腦功能活動(dòng)的異常。然而，關(guān)于這些異?；顒?dòng)一致性以及其性質(zhì)和臨床的相關(guān)性仍尚未達(dá)成共識(shí)。有待于大樣本和多站點(diǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步研究。在這里，來自瑞士羅氏研究中心的研究者通過四個(gè)大的ASD隊(duì)列數(shù)據(jù)庫對(duì)這一問題進(jìn)行了研究。使用rs-fMRI，作者確定了與ASD相關(guān)的功能連接改變。測(cè)試了這些影像表型與臨床和人口統(tǒng)計(jì)因素，例如年齡，性別，用藥狀況和臨床癥狀嚴(yán)重程度之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明與ASD相關(guān)的功能性超連通性和低連通性的結(jié)果可以在不同站點(diǎn)數(shù)據(jù)中得到重復(fù)。低連通性區(qū)域主要限于感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域，而超連接主要位于前額葉和頂葉皮質(zhì)。這這些異常的功能連通性受到連接異常區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外功能連接概率的一致的影響。在相關(guān)分析分析中發(fā)現(xiàn)，這種可重復(fù)的病理生理表型與溝通和日常生活技能等核心ASD癥狀相關(guān)，并且不受年齡，性別或用藥情況的影響。
背景
自閉癥譜系障礙（ASD）是一種神經(jīng)發(fā)育障礙，其特點(diǎn)是社交互動(dòng)和溝通不足，以及限制的刻板行為和感覺功能異常。自閉癥的發(fā)生率約占普通兒童總數(shù)的1％，盡管其在兒童早期就發(fā)病并終生持續(xù)存在，但是，到目前為止，關(guān)于其原因和發(fā)病機(jī)理的神經(jīng)生物學(xué)仍舊不明確。雖然人類在科技大發(fā)展后已經(jīng)將人類壽命和生理健康提高到了一個(gè)前所未有的新階段，但是在許多疾病尤其是神經(jīng)性疾病或者退行性疾病的病理研究方面仍舊是不清不楚的階段，假說和猜想層出不窮，但是距離驗(yàn)證還要走多久，仍未可知。這也是為什么研究此類疾病的文章可以層出不窮的根源性原因。在ASD研究中也是一樣，盡快研究者們根據(jù)各種不同的發(fā)現(xiàn)，從遺傳，神經(jīng)病理，系統(tǒng)和行為水平等不同方面嘗試解釋ASD的病理，并且構(gòu)建理論模型。但是從現(xiàn)在的證據(jù)看，收效甚微。作為能夠探查到神經(jīng)表征信息的功能磁共振技術(shù)也加入到了這類研究的隊(duì)伍中，在10年前左右這種方面開始應(yīng)用到ASD研究中，雖然受到可重復(fù)危機(jī)的質(zhì)疑，但不可否認(rèn)的是，功能磁共振技術(shù)給ASD的神經(jīng)表征研究帶來了大量的新的證據(jù)。靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）研究的主要實(shí)驗(yàn)方法之一是通過構(gòu)建腦功能連接來實(shí)現(xiàn)的。rs-fMRI可以通過檢測(cè)局部氧含量的變化來反映自發(fā)性的神經(jīng)元活動(dòng)。內(nèi)在血流動(dòng)力學(xué)的區(qū)域間時(shí)間同步會(huì)反應(yīng)在信號(hào)測(cè)量中，可以被用來作為反應(yīng)大腦不同區(qū)域進(jìn)行信息交換的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)（雖然功能連接已經(jīng)是被普遍應(yīng)用的分析方法，但對(duì)于功能連接的具體構(gòu)造方法以及其所反映的生理量仍舊有許多研究者存在認(rèn)識(shí)模糊的問題）。
雖然現(xiàn)有研究已有大量證據(jù)支持ASD患者存在明顯的功能連通性的改變，并且這些改變被發(fā)現(xiàn)與正常人群中發(fā)現(xiàn)的自閉癥特征存在相關(guān)性。但是，就目前為，這些功能連接的改變與ASD病人的神經(jīng)解剖基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)信息流方向以及臨床特征之間的關(guān)系仍舊未得到明確。其中，比較嚴(yán)重的問題是功能連接研究中出現(xiàn)的結(jié)果不一致問題。在以往的研究中，一些報(bào)告指向低連通性表型，一些則報(bào)告了超連通性（也就是功能連接高于普通對(duì)照組），還有些研究觀察到兩種現(xiàn)象的混合。除了固有的疾病異質(zhì)性外，這種矛盾還被認(rèn)為是由于研究之間的年齡或方法差異或未能解釋藥物作用等因素導(dǎo)致的。還有其他研究強(qiáng)調(diào)了連通性中的空間可變性（這里應(yīng)該指的是不同template的應(yīng)用導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)維度的不一致性）作為ASD研究結(jié)果異質(zhì)性的關(guān)鍵來源。這些研究的解釋一個(gè)重要問題是缺乏可重復(fù)性。因此，關(guān)于ASD中功能連通性變化的性質(zhì)和共識(shí)，仍然需要進(jìn)一步的研究。這種不確定性限制了功能連接作為ASD診斷或治療的生物學(xué)標(biāo)記物的應(yīng)用。
在這里，本文旨在通過研究ASD在四個(gè)不同隊(duì)列數(shù)據(jù)中，使用大樣本數(shù)據(jù)來評(píng)估ASD患者的功能連接的改變，來解決這些不一致問題。更具體地說，本文作者使用了EU-AIMS LEAP（縱向歐洲自閉癥項(xiàng)目）數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，并利用了其他三個(gè)數(shù)據(jù)集ABIDEI，ABIDE II和InFoR進(jìn)行驗(yàn)證分析。并且進(jìn)一步評(píng)估了這些改變與年齡，用藥狀況和臨床癥狀之間的聯(lián)系（現(xiàn)在的rsfMRI的研究除非是一些很難獲取數(shù)據(jù)的疾病，
材料和方法研究設(shè)計(jì)
該研究的主要目的是基于rs-fMRI確定并獨(dú)立重復(fù)ASD與TD（典型發(fā)展人群）相比的功能連接改變。研究旨在了解這些改變的具體性質(zhì)以及它們是否與方法，人口統(tǒng)計(jì)學(xué)或臨床因素有關(guān)。最后，探討了ASD連通性改變與觀察到的核心臨床癥狀是否有關(guān)。為了能夠準(zhǔn)確識(shí)別和重復(fù)ASD中的功能連通性變化，該研究包括四個(gè)橫斷面數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集中的具體信息在補(bǔ)充材料s2-s8表格中，由于表格內(nèi)容過長，感興趣的讀者可在文章的補(bǔ)充材料中獲取這些信息。(添加微信號(hào)siyingyxf或19962074063獲取）簡單來說，EU-AIMS LEAP隊(duì)列是一個(gè)大型的、特征明確的、由ASD和TD患者組成的多中心隊(duì)列。這個(gè)數(shù)據(jù)庫中被試的招募是利用現(xiàn)有的當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫、診所聯(lián)系人、當(dāng)?shù)睾蛧业尼t(yī)療組織進(jìn)行的。TD是通過主流學(xué)校、廣告?zhèn)鲉魏同F(xiàn)有數(shù)據(jù)庫招募的。InFoR是一個(gè)較小的單中心隊(duì)列，具有標(biāo)準(zhǔn)化的影像學(xué)收集流程。作為唯一具有標(biāo)準(zhǔn)化影像評(píng)估和納入/排除標(biāo)準(zhǔn)的大樣本，EU-AIMS LEAP數(shù)據(jù)集被用于探索性分析，其他三個(gè)數(shù)據(jù)集被用于驗(yàn)證性分析。
排除標(biāo)準(zhǔn)：
ASD平均智商> 70的個(gè)體包括在內(nèi)，以減少與低功能ASD相關(guān)的可變性。以及統(tǒng)計(jì)過程中不符合數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計(jì)分析識(shí)別功能連接改變
鑒于先前關(guān)于ASD中功能連接改變的發(fā)現(xiàn)存在分歧，作者們采用了無偏的探索性方法，通過計(jì)算簡單的連接度量DC（即degree centrality，度中心性，作者這里計(jì)算了基于體素的全腦功能連接，對(duì)每個(gè)體素計(jì)算了與其他所有體素的時(shí)間序列之間的相關(guān)系數(shù)，然后將所有相關(guān)值大于0.25的連接保留，其后統(tǒng)計(jì)了每個(gè)體素保留下的有效的功能連接的度值，將這個(gè)度值賦值給該體素，這樣形成了每個(gè)被試的全腦DC圖，這種方法相當(dāng)耗費(fèi)運(yùn)算資源）作者通過這樣的方法避免了使用不同分區(qū)大小template帶來的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)維度不一致的問題，通過無偏的方法對(duì)ASD和TD（典型發(fā)展人群）的功能連接進(jìn)行比較。在構(gòu)建過程中，只有正相關(guān)被包括在內(nèi)。這樣做，一方面避免可能由全局信號(hào)引起的虛假負(fù)相關(guān)（在數(shù)據(jù)分析過程中，由于配準(zhǔn)和平滑的影響，體素的時(shí)間序列信號(hào)可能受到這些全腦操作的影響從而產(chǎn)生anti-correlation，這就是為什么在18年-19年有段時(shí)間很多人爭議rsfMRI的預(yù)處理要不要做去全腦信號(hào)這一步），另一方面，負(fù)相關(guān)是不符合rsfMRI的成像原理的，其生理機(jī)制難以解釋。在所有進(jìn)一步的組比較和相關(guān)分析中，作者控制了被試的背景，性別，年齡和智商影響。將EU-AIMS數(shù)據(jù)集中生成的DC圖輸入到GLM模型中以驗(yàn)證兩組被試的功能連接差異。作者使用了體素wise的置換檢驗(yàn)（permutation test，置換次數(shù)1000次）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用FWE方法控制一類錯(cuò)誤。所有分析控制背景，性別，年齡和智商影響。然后為ABIDE I，ABIDE II和InFoR數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相同的GLM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)?；?/span>EU-AIMS LEAP研究結(jié)果，提取了三個(gè)重復(fù)隊(duì)列的加權(quán)平均DC信號(hào)(作者這里的意思是使用在EU-AIMS LEAP的探索性研究中發(fā)現(xiàn)的組間差異的腦圖作為mask，應(yīng)用在其他三個(gè)用于驗(yàn)證性分析的隊(duì)列中，提取mask中的加權(quán)平均數(shù)，然后在各自隊(duì)列內(nèi)進(jìn)行組間比較)，使用獨(dú)立樣本t來比較ASD組和TD組的差異，使用cohens’d值來衡量效應(yīng)量的大小。除此以外，為了驗(yàn)證無假設(shè)mask下不同隊(duì)列之間表現(xiàn)的DC的組間差異map是否相似，作者計(jì)算了四組隊(duì)列組別間差異未閾值化t-maps之間的相關(guān)性，以檢查在ASD中觀察到的全腦DC改變模式在不同隊(duì)列中是否相似。在這些分析后，為了排除頭動(dòng)可能帶來的影響，作者計(jì)算了每個(gè)隊(duì)列中每個(gè)被試的絕對(duì)頭動(dòng)（即所有圖像相對(duì)于第一張圖像或平均圖像的位移情況）和逐幀頭動(dòng)（即后一張圖像相對(duì)于前一張圖像的位移情況），使用t檢驗(yàn)比較了每個(gè)隊(duì)列中的組間頭動(dòng)差異，并且將頭動(dòng)作為協(xié)變量重復(fù)了以上的分析方法。
理解功能連接改變的實(shí)質(zhì)
盡管DC提供了功能連接改變的證據(jù)，但它不能對(duì)這些變更的生理性質(zhì)得出結(jié)論（例如，DC變化可能來自于底層連接的平均強(qiáng)度和/或方差的變化，或者來自于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部連接向外部連接的轉(zhuǎn)移，僅僅依靠這種程度的比較，我們無法了解這些差異形成的原因或者是網(wǎng)絡(luò)受損的方向問題）為了更好地了解觀察到的功能連接性變化，首先仍舊是計(jì)算基于體素層面的所有體素兩兩之間的時(shí)間信號(hào)的相關(guān)性?；谶@些相關(guān)性，使用如圖S2所示的方法計(jì)算出以下區(qū)域內(nèi)外的四種連通性指數(shù)：（i）表示所有體素的平均連通性（Fisher z變換后取均值）;（ii）所有體素連接的方差變異（Fisher z變換）;（iii）存在連接的體素的比例；（iv）連接性從相應(yīng)區(qū)域的內(nèi)部向外部的轉(zhuǎn)移。如圖S2，紅色區(qū)域是ASD患者和TD被試功能連接存在差異的區(qū)域，其中又分為功能連接顯著小于TD被試和顯著大于TD被試的，對(duì)它們分開進(jìn)行全腦功能連接構(gòu)建后的區(qū)域內(nèi)（紅色區(qū)域）和區(qū)域外分析（綠色區(qū)域），可以有效的對(duì)兩組被試功能連接差異的細(xì)節(jié)進(jìn)行探索。
圖S2 ASD vs TD功能連接的進(jìn)一步分析圖
注釋：我們來對(duì)這里的四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行一下詳細(xì)的描述，首先o代表mask外部（outside），w代表mask內(nèi)部（within），那么三種不同的連接就不言而喻了。首先第一個(gè)是計(jì)算功能連接均值，分別計(jì)算了mask內(nèi)、mask外和mask內(nèi)外連接的加權(quán)平均數(shù)。第二個(gè)是方差計(jì)算，同樣是mask內(nèi)、mask外和mask內(nèi)外連接的方差。第三個(gè)是連接體素占比，閾值為0.25，計(jì)算mask內(nèi)、mask外和mask內(nèi)外存在連接的體素和所有體素的比值。第四個(gè)是網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換值計(jì)算，分別計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)轉(zhuǎn)換值和網(wǎng)絡(luò)外轉(zhuǎn)換值，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)轉(zhuǎn)換值用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接體素占除以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外連接體素占比，網(wǎng)絡(luò)外轉(zhuǎn)換值用網(wǎng)絡(luò)外連接體素占比除以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外連接體素占比。這個(gè)比值說明了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或者網(wǎng)絡(luò)外體素連接的概率相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外體素連接概率的大小，值越大就越說明網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或者網(wǎng)絡(luò)外的連接更強(qiáng)。
評(píng)估皮質(zhì)，皮質(zhì)下和小腦的高和低連通性指數(shù)
為了能和以往基于template的研究進(jìn)行比較，本文還將外部區(qū)域分為皮層，皮層下和小腦子區(qū)域進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。分析只在前述分析中發(fā)現(xiàn)ASD患者相對(duì)TD被試存在DC顯著改變的區(qū)域，排除了其他區(qū)域。作者使用了AAL模板，在前述分析mask的基礎(chǔ)上計(jì)算了基于AAL模板的不同腦區(qū)及皮下組織和小腦不同區(qū)域相互之間的功能連接。
了解影像學(xué)發(fā)現(xiàn)與臨床及人口因素之間的聯(lián)系
在確定了超連通性和低連通性指數(shù)是可重復(fù)的ASD生物標(biāo)志物后，接下來研究它們與臨床癥狀的關(guān)聯(lián)，如用藥狀況，年齡和性別。
將數(shù)據(jù)集分為三個(gè)年齡段：
兒童（12歲以下），青少年（12至18歲）和成人（18歲以上）。ASD患者與相應(yīng)TD之間的超連通性和連通性低指數(shù)通過計(jì)算效應(yīng)量和t檢驗(yàn)比較（控制總體年齡影響，性別，背景和智商）。根據(jù)整個(gè)數(shù)據(jù)集的結(jié)果，在這里的分析中有明確的方向性假設(shè)，因此，采用了單側(cè)P <0.05的alpha。
此外，使用ANOVA正式測(cè)試了按年齡分類的診斷相互作用（三個(gè)年齡類別），控制了性別，背景和智商。同樣，為了測(cè)試性別的影響，還計(jì)算了按性別進(jìn)行交互的ANOVA分析，同樣是控制年齡，背景和智商。并且，還進(jìn)一步評(píng)估了每個(gè)數(shù)據(jù)集中精神藥物的使用是否會(huì)干擾觀察到的功能連接改變。由于無法獲得有關(guān)特定藥物，劑量或療程的詳細(xì)藥物信息，因此將分析限制在t檢驗(yàn)中，比較精神病患者和非精神病患者之間的DC以及超連通性和低連通性指標(biāo)來評(píng)估用藥的可能影響。
此外，還評(píng)估了精神病患者是否共癥和伴隨用藥狀態(tài)是否也可能導(dǎo)致觀察到的功能連接的改變。為了測(cè)試超連接和低連接指數(shù)與臨床量表之間的潛在關(guān)系，還采用了與組比較類似的探索和驗(yàn)證策略。由于臨床量表的重疊較少，且患者數(shù)量遠(yuǎn)少于探索樣本，因此InFoR未被用于這些分析。
了解與底層結(jié)構(gòu)的關(guān)系
最后，本文還評(píng)估了觀察到的功能連接性改變與潛在的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系。因?yàn)槿后w之間的結(jié)構(gòu)差異可能會(huì)造成對(duì)功能連接性的混淆影響。為了解決這個(gè)問題，使用灰質(zhì)的特征變量進(jìn)行了兩種類型的分析。使用DC研究中發(fā)現(xiàn)的差異區(qū)MASK提取GMV（灰質(zhì)體積），并根據(jù)年齡，性別，背景，智商和總顱內(nèi)體積作者為協(xié)變量進(jìn)行組間差異比較。作者使用了兩種方法，（i）ASD和TD的組比較直接使用兩樣本t檢驗(yàn)。（ii）利用和構(gòu)建結(jié)構(gòu)協(xié)變網(wǎng)絡(luò)類似的方法，提取了每個(gè)被試在特定MASK的GMV后，構(gòu)建一個(gè)連續(xù)的基于被試的GMV變化的數(shù)據(jù)分布，計(jì)算在這個(gè)MASK內(nèi)的所有體素兩兩之間的GMV變化的pearson相關(guān)性，在兩組比較的基礎(chǔ)上，和DC分析中發(fā)現(xiàn)的功能連接的差異進(jìn)行比較。此外，由于先前的研究報(bào)道了ASD中白質(zhì)的減少，特別是胼胝體體積的減少，因此，作者還使用Julich白質(zhì)圖譜，從胼胝體的全部區(qū)域和不同區(qū)域提取白質(zhì)體積，重復(fù)了這兩種分析。（是不是忽然覺得掌握了新的分析方法呢？其實(shí)，作者使用的這些方法并不復(fù)雜，也不是新方法，但是對(duì)于這些方法的深度掌握讓作者敏銳的觀察到靜息態(tài)功能連接和結(jié)構(gòu)協(xié)變連接之間存在的方法一致性，從而可以從“共變”的角度出發(fā)更好的探索功能連接和結(jié)構(gòu)連接之間的關(guān)系）
結(jié)果ASD患者和正常對(duì)照組被試臨床和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征對(duì)比結(jié)果
四個(gè)ASD數(shù)據(jù)集（EU-AIMS LEAP，ABIDE I，ABIDE II和InFoR）以及與之匹配的正常對(duì)照組（TD）被納入研究（表1）。多中心EU-AIMS LEAP和單一中心InFoR數(shù)據(jù)庫提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集流程和臨床特征量表得分?jǐn)?shù)據(jù)。AIDE I和II是大型國際腦成像中心提供的回顧性數(shù)據(jù)的匯總數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)分析了排除智商低于閾值的被試，并消除不良的圖像質(zhì)量數(shù)據(jù)，最后，EU-AIMS LEAP，ABIDE I，ABIDE II和InFoR數(shù)據(jù)集分別有35％，39％，33％和14％的數(shù)據(jù)量可用 （表1）。對(duì)于所有數(shù)據(jù)集，在患有ASD和TD的個(gè)體之間的平均年齡沒有差異（表1）。 ABIDE II數(shù)據(jù)集被試較年輕（P <0.001），InFoR僅包括ASD成年個(gè)體。與EU-AIMS LEAP相比，在ABIDE I和II（P <0.001；P = 0.005）以及InFoR（P = 0.042）中觀察到男性的比例明顯更高。所有數(shù)據(jù)集中ASD個(gè)體的平均智商高于100，但均低于數(shù)據(jù)集中的對(duì)照TD（表格1）。
表1.臨床和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。ADI，自閉癥診斷問卷； ADOS，自閉癥診斷觀察量表； PDD-NOS，待分類的廣泛性發(fā)展障礙； RRB，限制重復(fù)行為；SRS，社會(huì)反應(yīng)能力量表。
在ASD患者數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的DC改變的可重復(fù)性
研究ASD和TD組的功能連接差異，首先使用EU-AIMSLEAP數(shù)據(jù)集進(jìn)行了探索分析，其他三個(gè)數(shù)據(jù)集對(duì)探索性研究結(jié)果進(jìn)行重復(fù)。使用DC作為研究指標(biāo)。EUAIMS數(shù)據(jù)集中的組比較顯示，ASD在包括雙側(cè)頂葉的兩個(gè)簇（P = 0.008）和前額葉及前后扣帶區(qū)域（P = 0.001）（圖1A中橙色區(qū)域和表2）表現(xiàn)顯著的功能連接的增強(qiáng)。在雙側(cè)初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)皮層和右顳部區(qū)域，腦島，杏仁核和海馬觀察到DC的顯著降低（P <0.001）（圖1A中藍(lán)色區(qū)域）?；趶?/span>DCEU-AIMS LEAP被試數(shù)據(jù)中得到的顯示DC增長的MASK，提取ABIDE I，ABIDE II和InFoR數(shù)據(jù)集中的DC值，發(fā)現(xiàn)三組ASD患者在同探索組在一樣的區(qū)域發(fā)現(xiàn)異常增加的連接結(jié)果（I，P = 0.011;II，P = 0.01; InFoR，P <0.001;圖1B上）。相反，DC下降僅成功地在兩個(gè)數(shù)據(jù)集中得到重復(fù)（ABIDE I，P = 0.001； InFoR，P = 0.002）中予以重復(fù)（圖1B下）。作者還進(jìn)一步評(píng)估了無閾值DC變化模式的空間相似性，通過基于在ASD和TD比較中為每個(gè)數(shù)據(jù)集獲得的全腦的無閾值化t-圖，計(jì)算四個(gè)隊(duì)列組間差異圖的相似性（1C）。這些分析揭示了ASD所有四個(gè)數(shù)據(jù)集中表現(xiàn)出的與TD組的DC連接差異之間的顯著相關(guān)性（所有P <0.001；圖1D）。這說明，無論是在探索性分析基礎(chǔ)上的ROI分析和全腦層面的組間差異圖的voxel重疊分析都有一致的證據(jù)表明，ASD患者相對(duì)于TD（典型發(fā)展人群）在功能連接上表現(xiàn)的差異（無論是增高還是降低的區(qū)域）是具有跨被試異質(zhì)性的一致性的，是可以得到重復(fù)的。作者還將頭動(dòng)納入這些分析中，進(jìn)一步進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)分析結(jié)構(gòu)與不納入頭動(dòng)協(xié)變量的分析結(jié)果一致（補(bǔ)充圖S1）。
圖1. ASD和TD患者之間DC不同分析比較的結(jié)果
補(bǔ)充圖S1 納入頭動(dòng)與不納入頭動(dòng)的兩組DC連接的比較
ASD患者DC的改變是由內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)功能連接的轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)的
在確定ASD患者可重復(fù)的DC改變后，作者探討了這些連接差異的性質(zhì)。首先比較了在ASD與TD被試中觀察到的全腦體素功能連接強(qiáng)度值的分布，發(fā)現(xiàn)兩組被試在體素層面的功能連接的分布相似（圖2A）。接下來計(jì)算了基于均值、方差、連接體素比率和差異區(qū)內(nèi)及差異區(qū)內(nèi)與差異區(qū)外連接的組間差異（圖S2）。在這些分析中發(fā)現(xiàn)，在探索性分析中發(fā)現(xiàn)的DC差異區(qū)外與差異區(qū)內(nèi)外的功能連接之比在兩組被試中表現(xiàn)出最大的組間差異效應(yīng)量。這種巨大的效應(yīng)反映出，在ASD中，落在DC增加的mask外的體素顯示出彼此間的連通性降低，而與mask內(nèi)的體素彼此的連通性增加（這里的理解需要你對(duì)圖s2中mask外與到mask內(nèi)外的功能連接轉(zhuǎn)換計(jì)算公式進(jìn)行有效理解，從公式可知，是用mask外功能連接概率除以mask內(nèi)與mask外的功能連接概率得到的，這個(gè)值越大，就越說明mask外的體素的功能連接更強(qiáng)，而與mask內(nèi)的功能連接更低）。從圖2B中的effective size圖中可以看到在DC比較中ASD組>TD組時(shí)，這個(gè)功能連接網(wǎng)絡(luò)的mask外連接與mask內(nèi)外連接計(jì)算得來的轉(zhuǎn)換值是TD組顯著大于ASD組的（從cohens’d值就可以知道，原則上cohens’d的值是正的，但考慮到作者t檢驗(yàn)的方向性，這里使用了正負(fù)表示檢驗(yàn)的方向性，建議你點(diǎn)擊復(fù)制以下鏈接瀏覽：https://www.uccs.edu/lbecker/effect-size#III.%20Effect%20size%20measures%20for%20two%20dependent）。
這就說明，ASD組相比與TD組在mask外的功能連通性顯著降低，而與mask內(nèi)的功能連接更強(qiáng)。除此以外，在ASD組功能連接顯著增加區(qū)域的比較中發(fā)現(xiàn)，mask內(nèi)的功能連接均值和mask內(nèi)的功能連接顯著的體素占比和DC比較的結(jié)果一致，都是ASD組大于TD組，這也進(jìn)一步佐證了DC比較中的發(fā)現(xiàn)。對(duì)于DC降低區(qū)域mask的比較，發(fā)現(xiàn)均值、方差和體素占比這三個(gè)指標(biāo)顯示出同最初的DC發(fā)現(xiàn)一樣相似的效果量。具體如圖2B中藍(lán)色條形圖所示，ASD mask內(nèi)的平均連通性降低，方差變異降低，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)向網(wǎng)絡(luò)外的轉(zhuǎn)換值降低。但是，和在DC升高的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果一致的是，mask外與mask內(nèi)外的網(wǎng)絡(luò)連通性之比是TD組顯著大于ASD組的。這說明，有一致的證據(jù)支持ASD組相對(duì)于TD組的DC的升高或者降低的腦區(qū)的功能連接的變化模式是類似的，都表現(xiàn)出異常區(qū)域外體素之間的功能連接的降低以及與異常區(qū)域內(nèi)體素連接的異常增加。除此以外，在EU-AIMS LEAP數(shù)據(jù)集中，對(duì)ASD和TD之間觀察到的差異，通過選擇不同的相關(guān)閾值進(jìn)行DC的進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在r = 0.15到r = 0.4時(shí)，超連通指數(shù)和低連通指數(shù)的組間差異效應(yīng)量的差是最大的。這說明，功能連接計(jì)算時(shí)功能連接強(qiáng)度的閾值對(duì)于DC衡量兩組被試差異是有一定影響的。
圖2.功能連接性指數(shù)及其影響大小。（A）在EU-AIMS LEAP數(shù)據(jù)集中的ASD和TD被試基于血氧水平Pearson相關(guān)系數(shù)分布。（B）基于DC增加/減少的MASK，分別計(jì)算四個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)具體內(nèi)容見方法部分的圖S2注釋（C）選取不同Pearson相關(guān)閾值時(shí)， ASD被試的超連接差異和低連接差異的效應(yīng)量大小之差
連接的差異同人口學(xué)變量和臨床變量有關(guān)
接下來，作者評(píng)估了超連通性和低連通性指標(biāo)是否以及如何與臨床特征，年齡，性別，藥物，和自閉癥患者的精神病共病狀態(tài)相關(guān)。 第一，將隊(duì)列分為兒童，青少年和成人時(shí)，使用t檢驗(yàn)來評(píng)估超連通性和低連通性，與前述分析相同的變化仍然存在。由于InFoR僅包括成年人，因此這些分析僅限于其他三個(gè)隊(duì)列。對(duì)于超連通性指數(shù)，所有患者均觀察到顯著差異，EU-AIMS LEAP隊(duì)列中的所有年齡組呈相似效果（所有P <0.001；圖3A）。在其他數(shù)據(jù)集，自閉癥患者和青少年的正常組被試（僅ABIDE I，P = 0.028）和成人正常組被試（ABIDE I，P = 0.014； ABIDE II，P = 0.015）之間的差異顯著，但兒童間差異不顯著（圖3A）。與青少年相比，所有三個(gè)數(shù)據(jù)集中的兒童低連通性指數(shù)同樣差異不顯著（圖3B）。在對(duì)年齡的影響測(cè)試中，使用方差分析（ANOVA）對(duì)超連通性和低連通性指數(shù)分別進(jìn)行測(cè)試，以診斷交互作用，但未觀察到顯著的交互作用。在性別對(duì)所觀察到的高連接和低連接指數(shù)影響的方差分析測(cè)試中，未觀察到任何一組性別與高連接或者低連接之間的顯著交互作用(均為P > 0.1)。 精神藥物對(duì)功能連接的顯著影響僅在EU-AIMS LEAP隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過藥物治療的ASD組，其功能連接更加接近TD組。對(duì)于共病狀態(tài)的影響，僅在ABIDE II進(jìn)行了分析（因?yàn)橹挥羞@組數(shù)據(jù)的被試分類符合標(biāo)準(zhǔn)），與非共病診斷的ASD相比，DC的增加(t187 = 0.1;P = 0.903），下降(t187 = 1.0;P = 0.335)，或分離出的超連接性區(qū)域(t187 = 0.6;P = 0.582)和低連通性區(qū)域(t187 = 1.5;P = 0.147)的功能連接都無顯著性差異。經(jīng)過與小組分析類似的探索和重復(fù)策略比較后，基于EU-AIMS LEAP數(shù)據(jù)集計(jì)算了12個(gè)一般線性模型（GLM），用于評(píng)估獲取的超和低連通性指數(shù)與臨床特征的嚴(yán)重程度的相關(guān)分析。這些分析顯示，超連通性指數(shù)與ADI分量表、適應(yīng)行為量表[VABS]中的日常生活技巧標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)存在顯著的相關(guān)關(guān)系（表4）。加強(qiáng)的連接改變與更強(qiáng)的臨床損害相關(guān)（圖3C）。在驗(yàn)證分析中，在EU-AIMS LEAP數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)的兩種相關(guān)關(guān)系在ABIDE I隊(duì)列中也同樣顯著，但其他隊(duì)列中缺乏類似結(jié)果的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。在后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)，ADI溝通分量表與VABS日常生活技能的數(shù)值相關(guān)性更強(qiáng)(r =0. 29;P = 0.006)，與VABS溝通技能的相關(guān)性則相對(duì)較弱。這可能解釋了為什么更強(qiáng)的DC連接和VABS的生活技能量表得分顯著相關(guān)而不是和其交流量表得分。
圖3.高，低連通性指數(shù)，年齡和臨床結(jié)果之間的關(guān)系（A）對(duì)所有患者按年齡組劃分[兒童（<12歲），青少年（12至18歲）和成人（> 18歲）]得出ASD>TD的DC差異（B）對(duì)所有患者按年齡組劃分[兒童（<12歲），青少年（12至18歲）和成人（> 18歲）]得出ASD<TD的DC差異（C）EU-AIMS LEAP和ABIDE I數(shù)據(jù)集中的超連通性指數(shù)與ASD臨床量表的相關(guān)性（針對(duì)年齡，性別，背景，和智商進(jìn)行了協(xié)變量回歸）。（D）ADI交流與VABS日常生活技能和交流分量表之間的關(guān)系。
表4.高，低連通性指數(shù)與臨床量表之間的相關(guān)性結(jié)果功能連接性指數(shù)和相應(yīng)的臨床量表關(guān)系顯著時(shí)以粗體顯示（P <0.05）。
理解功能連接差異同結(jié)構(gòu)差異之間的關(guān)系
最后，作者評(píng)估了觀察到的DC變化與結(jié)構(gòu)差異之間的關(guān)系。為此，首先比較了ASD和TD各自的mask區(qū)域的GMV（灰質(zhì)體積）和白質(zhì)體積之間的差異，ASD組與TD組的腦灰質(zhì)體積、胼胝體膝部和胼胝體干部的體積無顯著的組間差異。但ASD中胼胝體整體的白質(zhì)體積(P = 0.017)和胼胝體脾部的白質(zhì)體積(P = 0.014)顯著減少，但效應(yīng)量較低。在結(jié)構(gòu)協(xié)變和rsfMRI功能連接變化是否相關(guān)的分析中，僅在胼胝體膝部發(fā)現(xiàn)，較低的白質(zhì)體積變化與較強(qiáng)的rs-fMRI改變存在相關(guān)，但效應(yīng)量較小（(r = 0.1; P = 0.04)。這說明，在本次研究中發(fā)現(xiàn)的ASD中存在的廣泛區(qū)域的功能連接異常與其結(jié)構(gòu)變化之間不存在較為明顯的關(guān)聯(lián)。
總結(jié) 總體來說，本文是利用大型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行rsfMRI數(shù)據(jù)分析以及影像學(xué)特征和臨床表現(xiàn)進(jìn)行相關(guān)分析的典型文章。從本文所應(yīng)用的所有方法來看，難度并不高，但是作者規(guī)避了現(xiàn)在rsfMRI分析研究中最容易被reviewer懷疑的幾個(gè)點(diǎn)，第一是作者對(duì)頭動(dòng)的處理，基本上做了所有能夠?qū)︻^動(dòng)如何影響數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的回應(yīng)，也證明了頭動(dòng)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響并不顯著。第二是對(duì)負(fù)相關(guān)的處理，果斷拋棄對(duì)負(fù)相關(guān)的功能連接的分析。第三是對(duì)不使用ROI wise的功能連接，避免了由于template不同帶來的影響。第四是使用了不同站點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證性分析，提高了文章結(jié)構(gòu)的可重復(fù)性和可信度。
其次，從作者對(duì)rsfMRI數(shù)據(jù)的不同分析可以看出，對(duì)于不同指標(biāo)所能反應(yīng)出的兩組被試之間的功能連接差異的性質(zhì)是有充分的把握的。本文作者對(duì)假設(shè)檢驗(yàn)整個(gè)流程的分析規(guī)則相對(duì)了解，即使是對(duì)我們平時(shí)在統(tǒng)計(jì)時(shí)很容易出現(xiàn)trick的單雙尾檢驗(yàn)也做了充分的假設(shè)依據(jù)的交代。這說明，只有對(duì)我們常用的假設(shè)檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析方法有具體和深入的認(rèn)識(shí)，才能不拘泥于方法的形式來展開研究，而是根據(jù)研究問題的深入性和靈活性選擇合適的指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)方法來進(jìn)行驗(yàn)證。
最后，本文其實(shí)還存在很多可以進(jìn)一步數(shù)據(jù)挖掘的內(nèi)容。首先是作者對(duì)結(jié)構(gòu)差異和功能差異之間關(guān)系的分析，我們發(fā)現(xiàn)分析結(jié)果并未揭示出明顯的功能和結(jié)構(gòu)改變之間的關(guān)系，但是作者使用體積這種敏感度不高的指標(biāo)來分析結(jié)構(gòu)差異，將其更換為皮層厚度或者DTI的FA值等可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多信息。其次，作者發(fā)現(xiàn)的ASD患者DC值高于或低于TD患者的區(qū)域是否對(duì)將rs fRMI特征作為ASD患者識(shí)別的神經(jīng)標(biāo)志物具有意義并不清楚，使用機(jī)器學(xué)習(xí)來進(jìn)一步挖掘其價(jià)值可能帶來新的科研意義。最后，本文中對(duì)ASD并未進(jìn)行更加細(xì)致的亞型分類研究，而這在臨床治療過程中具有顯著意義。因此，對(duì)亞型的分類研究結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法可能有更加有意義的發(fā)現(xiàn)。但是，這些并不是本文研究所感興趣的問題，而是小編對(duì)有可能的數(shù)據(jù)挖掘的一點(diǎn)建議。
原文：Patients with autism spectrum disorders display reproducible functional connectivity alterations
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