拡散MRIを用いた灰白質微細構造の遺伝的・環境的影響の定量化

Quantifying Genetic and Environmental Influence on Gray Matter Microstructure Using Diffusion MRI.

• Madhura Baxi
• Maria A Di Biase
• Amanda E Lyall
• Suheyla Cetin-Karayumak
• Johanna Seitz
• Lipeng Ning
• Nikos Makris
• Douglas Rosene
• Marek Kubicki
• Yogesh Rathi

抄録

双子研究における初期の神経イメージング研究では、灰白質マクロ構造に対する遺伝子と環境の影響を研究することに重点が置かれていました。しかし、灰白質の微細構造が遺伝子や環境によってどのように影響を受けているかを理解することは、今後の精神疾患における灰白質の影響についての研究を促進するためにも重要である。高度な拡散MRI（dMRI）測定は、従来の拡散テンソル測定と比較して、より正確な灰白質微細構造の評価を可能にしている。灰白質に対する遺伝的および環境的影響を理解するために、我々は大規模な双子および兄弟研究（N=840）の拡散および構造MRIデータを用いて、細胞内および軸索内の制限空間に重きを置いた原点復帰確率（RTOP）、細胞外空間での拡散および灰白質中の大きな細胞体に重きを置いた平均二乗変位（MSD）を含む高度なdMRI測定を計算した。我々は、脳の体積のようなマクロ構造の特徴は主に遺伝的な影響を受けているが、RTOPとMSDはミクロ構造に対する遺伝的および環境的な影響の両方を同時に利用できることを示している。

Early neuroimaging work in twin studies focused on studying genetic and environmental influence on gray matter macrostructure. However, it is also important to understand how gray matter microstructure is influenced by genes and environment to facilitate future investigations of their influence in mental disorders. Advanced diffusion MRI (dMRI) measures allow more accurate assessment of gray matter microstructure compared with conventional diffusion tensor measures. To understand genetic and environmental influence on gray matter, we used diffusion and structural MRI data from a large twin and sibling study (N = 840) and computed advanced dMRI measures including return to origin probability (RTOP), which is heavily weighted toward intracellular and intra-axonal restricted spaces, and mean squared displacement (MSD), more heavily weighted to diffusion in extracellular space and large cell bodies in gray matter. We show that while macrostructural features like brain volume are mainly genetically influenced, RTOP and MSD can together tap into both genetic and environmental influence on microstructure.

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