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(jīng)成為全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，對人類健康和全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。最新研究揭示肥胖的重要潛在風(fēng)險(xiǎn)：損害大腦！實(shí)際上，超重或肥胖會(huì)對大腦造成系統(tǒng)性的影響，包括灰質(zhì)體積、厚度的全面減少，以及初級感覺運(yùn)動(dòng)和高階認(rèn)知系統(tǒng)之間功能分化的加劇。然而，大腦本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，這些負(fù)面影響如何在其動(dòng)態(tài)特性中體現(xiàn)，目前仍所知甚少。

心理學(xué)部陳紅教授團(tuán)隊(duì)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(xué)術(shù)論文。研究基于國內(nèi)外兩個(gè)獨(dú)立的靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據(jù)庫（中國人格-腦行為項(xiàng)目NBBP =1,923；人類連接組項(xiàng)目NHCP =998）和一個(gè)縱向數(shù)據(jù)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(dòng)態(tài)活動(dòng)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(gè)大腦狀態(tài)及其元狀態(tài)。(B) 兩個(gè)元狀態(tài)的大腦激活圖。

首先，研究結(jié)果驗(yàn)證了大腦動(dòng)態(tài)活動(dòng)的層級特性，表明大腦激活狀態(tài)被兩個(gè)“元狀態(tài)”所表征，每個(gè)元狀態(tài)分別對應(yīng)若干個(gè)彼此轉(zhuǎn)換更為頻繁的子狀態(tài)。一個(gè)元狀態(tài)反映了感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（包括視覺、感覺運(yùn)動(dòng)、聽覺和語音加工皮層）的激活增強(qiáng)，而另一個(gè)元狀態(tài)反映了高階認(rèn)知系統(tǒng)（包括聯(lián)合皮層和關(guān)鍵皮層下結(jié)構(gòu)）的激活增強(qiáng)（圖1）。

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

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

最后，基于HCP數(shù)據(jù)集，研究進(jìn)一步探討了BMI與認(rèn)知、情緒及精神疾病癥狀等心理健康變量的關(guān)系（圖2）。結(jié)果表明，隨著個(gè)體BMI增加，負(fù)性情緒和精神病理癥狀的程度增加，而認(rèn)知能力（特別是記憶相關(guān)能力）的水平下降。研究建立中介模型進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，BMI會(huì)通過增加由感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主導(dǎo)的元狀態(tài)，并減少由高階認(rèn)知系統(tǒng)主導(dǎo)的元狀態(tài)，從而降低個(gè)體的認(rèn)知能力。同時(shí)，與感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的元狀態(tài)，也可以顯著介導(dǎo)BMI與精神病理癥狀之間的關(guān)系。

綜上，研究從腦動(dòng)力學(xué)視角出發(fā)，揭示了超重/肥胖對“感覺運(yùn)動(dòng)-高階認(rèn)知”系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)的不良影響，這為研究與肥胖相關(guān)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(jīng)同行專家和《Obesity》編輯推薦被選為Editor’s Choice Articles。心理學(xué)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(xiàng)目(No. 22&ZD184)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)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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