基于深度学习的双极性障碍和精神分裂症的结构性大脑年龄估计:单站点试点研究
Akila Weerasekera1,2,3, Shuqin Zhou1,2,3, Chao Wang1,2,3
1Psychotic Disorders Division, McLean Hospital, Belmont, Massachusetts, USA.
Human brain mapping
|February 19, 2026
概括
精神分裂症 (SZ) 和双相情感障碍 (BD) 在成年早期显示加速的大脑衰老 (Brain-PAD),比健康对照 (HC) 有更大的变化. 前部区域是这些大脑年龄预测的关键驱动因素.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 精神病学是一个精神病学.
- 放射学 放射学是指放射学
背景情况:
- 加快的大脑衰老与严重的精神疾病如精神分裂症 (SZ) 和双相情感障碍 (BD) 有关.
- 神经成像生物标志物脑PAD显示出潜力,但需要进一步了解其在SZ和BD中的发展和变异性.
- 现有的研究缺乏在这些条件下对区域大脑衰老模式的详细分析.
研究的目的:
- 通过使用深度学习方法,研究SZ和BD中Brain-PAD的发展轨迹和区域驱动因素.
- 评估群体内变异性,并确定有助于预测SZ和BD患者年龄的脑区域.
- 为了比较SZ,BD和健康对照 (HC) 之间的大脑-PAD模式.
主要方法:
- 在HC (n=155) 的结构性MRI数据上训练了一个3D卷积神经网络 (3D-CNN),并应用于独立的SZ (n=161) 和BD (n=122) 队列.
- 大脑PAD的计算是预测的大脑年龄减去时间年龄.
- 梯度加权类激活映射 (Grad-CAM) 确定了区域贡献;统计分析检查了年龄组之间的相互作用和异质性.
主要成果:
- 3D-CNN模型在HC (MAE=3.05年) 中显示出高精度,但在BD (MAE=8.86年) 和SZ (MAE=9.01年) 中显示出精度降低.
- 平均脑PAD在SZ (+6.7年) 和BD (+4.2年) 与HC (+0.7年) 相比显著升高,特别是在年轻时.
- 在40岁后,SZ和BD显示了脑-PAD异质性增加和与HC轨迹的分歧. 前部区域是跨群体大脑年龄的关键预测因素.
结论:
- SZ和BD在成年早期表现出加速的明显大脑衰老 (Brain-PAD),与HC相比,异质性更大.
- 前部区域对于大脑年龄的预测至关重要,表明对与年龄相关的结构变化的敏感性.
- 大脑PAD作为明显大脑衰老的群体水平标志物,需要进行纵向调查,特别是在中年分歧方面.
