肚子越大，腦子越鈍？超重和肥胖不僅僅是體重或腰圍的問題，已經成為全球公共衛(wèi)生領域的一大挑戰(zhàn)，對人類健康和全球經濟產生了深遠影響。最新研究揭示肥胖的重要潛在風險：損害大腦！實際上，超重或肥胖會對大腦造成系統(tǒng)性的影響，包括灰質體積、厚度的全面減少，以及初級感覺運動和高階認知系統(tǒng)之間功能分化的加劇。然而，大腦本質上是一個動態(tài)系統(tǒng)，這些負面影響如何在其動態(tài)特性中體現(xiàn)，目前仍所知甚少。

心理學部陳紅教授團隊在《Obesity》（JCR Q1; IF = 6.9）上發(fā)表題為“Elevated body mass index impacts the brain-state dynamics within sensorimotor-to-transmodal hierarchy”的學術論文。研究基于國內外兩個獨立的靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據庫（中國人格-腦行為項目NBBP =1,923；人類連接組項目NHCP =998）和一個縱向數(shù)據樣本（NBBP-follow-up =34），采用隱馬爾可夫模型（HMM）識別超重/肥胖人群與對照組之間大腦動態(tài)活動差異。

圖1：通過HMM分解大腦靜息狀態(tài)下的狀態(tài)及其元狀態(tài)。(A) 由HMM推斷出的12個大腦狀態(tài)及其元狀態(tài)。(B) 兩個元狀態(tài)的大腦激活圖。

首先，研究結果驗證了大腦動態(tài)活動的層級特性，表明大腦激活狀態(tài)被兩個“元狀態(tài)”所表征，每個元狀態(tài)分別對應若干個彼此轉換更為頻繁的子狀態(tài)。一個元狀態(tài)反映了感覺運動系統(tǒng)（包括視覺、感覺運動、聽覺和語音加工皮層）的激活增強，而另一個元狀態(tài)反映了高階認知系統(tǒng)（包括聯(lián)合皮層和關鍵皮層下結構）的激活增強（圖1）。

通過一般線性模型，研究比較了大腦動態(tài)活動在超重/肥胖組（BMI≥25）與控制組（BMI<25）之間的差異。結果首次表明，超重/肥胖影響了兩個元狀態(tài)的動態(tài)平衡，使得大腦的激活狀態(tài)更多地滯留于感覺運動系統(tǒng)，難以轉移至高階認知系統(tǒng)。基于元分析解碼，結果進一步指出，受影響最為顯著的兩個子狀態(tài)均與高階認知功能密切相關，包括多模態(tài)信息整合以及記憶功能。

圖2：HCP數(shù)據集中，BMI、大腦元狀態(tài)占比和多種心理行為變量之間的關聯(lián)。 (A) BMI與多種行為測量之間的相關性; (B) 關鍵行為指標的因子分析; (C) BMI與降維后因子得分之間的相關性; (D) 大腦元狀態(tài)占比在BMI與認知能力和精神癥狀間關系中的中介作用。

最后，基于HCP數(shù)據集，研究進一步探討了BMI與認知、情緒及精神疾病癥狀等心理健康變量的關系（圖2）。結果表明，隨著個體BMI增加，負性情緒和精神病理癥狀的程度增加，而認知能力（特別是記憶相關能力）的水平下降。研究建立中介模型進一步發(fā)現(xiàn)，BMI會通過增加由感覺運動系統(tǒng)主導的元狀態(tài)，并減少由高階認知系統(tǒng)主導的元狀態(tài)，從而降低個體的認知能力。同時，與感覺運動系統(tǒng)相關的元狀態(tài)，也可以顯著介導BMI與精神病理癥狀之間的關系。

綜上，研究從腦動力學視角出發(fā)，揭示了超重/肥胖對“感覺運動-高階認知”系統(tǒng)層級結構的不良影響，這為研究與肥胖相關的大腦功能障礙和心理健康問題提供了新的視角。該研究成果經同行專家和《Obesity》編輯推薦被選為Editor’s Choice Articles。心理學部陳紅教授為論文通訊作者，博士生韓金鳳為論文第一作者。該研究得到國家社科基金重大項目(No. 22&ZD184)、國家自然科學基金項目(32271087)的支持。

論文信息：

Han, J., Zhuang, K., Dong, D., Yang, Y., Liu, Y., He, Q., ... & Chen, H. (2024). Elevated BMI impacts brain‐state dynamics within the sensorimotor‐to‐transmodal hierarchy. Obesity, 32(2), 291-303. https://doi.org/10.1002/oby.23933.

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網址: 學部團隊揭示超重肥胖對大腦動態(tài)活動的消極影響 http://www.gysdgmq.cn/newsview91191.html