通过多层建模理解结构连接与功能连接在tau传播中的机制作用
机器学习
2025-10-24 v1 动力系统
医学物理
摘要
新兴的神经影像学证据表明，病理性 tau 蛋白沿特定脑网络积累，提示大规模网络架构在阿尔茨海默病（AD）进展中起关键作用。然而，结构连接（SC）和功能连接（FC）如何相互作用以影响 tau 传播仍不清楚。利用前所未有的纵向神经影像数据量，我们通过多层图扩散模型考察了 SC-FC 相互作用。除了证明连接组架构约束 tau 传播外，我们的模型揭示了 SC 和 FC 的区域不对称贡献。具体而言，FC 主要驱动皮层下区域、岛叶、额叶和颞叶皮层中的 tau 传播，而 SC 在枕叶、顶叶和边缘叶区域发挥更大作用。SC 与 FC 主导性的相对变化随疾病进程而改变，FC 通常在早期 AD 中占主导，而 SC 在后期阶段变为主要因素。SC 主导和 FC 主导区域的空间模式与 AD 相关基因的区域表达高度吻合，这些基因涉及炎症、凋亡和溶酶体功能，包括 CHUK (IKK-alpha)、TMEM106B、MCL1、NOTCH1 和 TH。同时，其他不可改变的风险因素（如 APOE 基因型、性别）和生物机制（如淀粉样蛋白沉积）通过以区域特异性方式在解剖通路和功能通路之间转移主导路径，选择性地重塑 tau 传播。结果在独立的 AD 队列中得到验证。
引用
@article{arxiv.2510.20148,
title = {Understanding Mechanistic Role of Structural and Functional Connectivity in Tau Propagation Through Multi-Layer Modeling},
author = {Tingting Dan and Xinwei Huang and Jiaqi Ding and Yinggang Zheng and Guorong Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.20148},
year = {2025}
}
备注
42 pages, 14 figures, 64 references