ヘモグロビン濃度の個人差は、大胆なfMRI機能的接続性と認知との相関に影響します

安静状態の接続性は、空間的に異なる領域の自発神経活動の時間的一貫性を測定し、一般にBOLD-fMRIを使用して測定されます。大胆な反応は、酸素化およびデオキシゲン化ヘモグロビンの相対濃度の変化がMRI T2*シグナルに変動を引き起こすと、神経活動に続きます。太字のシグナルは、酸素/デオキシ - ヘモグロビンの相対濃度の変化を検出するため、ヘモグロビンレベルの個人差は、神経活動の程度とは無関係に太字のシグナルとノイズ比に影響を与える可能性があります。この研究では、ヘモグロビンのグループの違いが機能的接続性の尺度を混乱させる可能性があるかどうかを調べました。機能的な接続性の測定と認知パフォーマンスの関係が、ヘモグロビンの個々の変動によって影響を受ける可能性があるかどうかを調査しました。最後に、機能的接続性に対するヘモグロビンの影響の神経解剖学的分布をマッピングして、機能的接続性のグループの違いが現れる場所を決定しました。518人の健康な高齢者（259人の男性）のコホートでは、各セックスグループは、ヘモグロビン濃度が高くて低い2つのグループに中央値分散でした。男性と女性の両方に対して、高および低ヘモグロビン基の間の機能的接続性に有意差が得られました（それぞれ、男性と女性ではCohenのD 0.17と0.03）。男性のヘモグロビンコネクタムは、機能的接続性相関値の広範な系統的増加を示し、女性のコネクタは主に頭頂および皮質下の増加と側頭頭頂の減少を示しました。認知尺度に違いはないヘモグロビン基にもかかわらず、男性の5つの認知検査すべてで認知パフォーマンスと機能的接続性の線形関係の有意差が得られ、女性の5つのテストのうち4つが得られました。我々の調査結果は、グループの違いを引き起こすヘモグロビンレベルの個々の変動が、機能的接続性のBOLD-FMRIベースの研究において重要な交絡変数であることを確認しています。潜在的に交絡変数としてヘモグロビンの変動を制御することは、特に個人のグループを比較したり、性別を比較したり、接続性認知関係を調べたりする研究では、人間の脳コネクタム研究の再現性を確保するために重要です。

Resting-state connectivity measures the temporal coherence of the spontaneous neural activity of spatially distinct regions, and is commonly measured using BOLD-fMRI. The BOLD response follows neuronal activity, when changes in the relative concentration of oxygenated and deoxygenated haemoglobin cause fluctuations in the MRI T2* signal. Since the BOLD signal detects changes in relative concentrations of oxy/deoxy-haemoglobin, individual differences in haemoglobin levels may influence the BOLD signal-to-noise ratio in a manner independent of the degree of neural activity. In this study, we examined whether group differences in haemoglobin may confound measures of functional connectivity. We investigated whether relationships between measures of functional connectivity and cognitive performance could be influenced by individual variability in haemoglobin. Finally, we mapped the neuroanatomical distribution of the influence of haemoglobin on functional connectivity to determine where group differences in functional connectivity are manifest. In a cohort of 518 healthy elderly subjects (259 men), each sex group was median-split into two groups with high and low haemoglobin concentration. Significant differences were obtained in functional connectivity between the high and low haemoglobin groups for both men and women (Cohen's d 0.17 and 0.03 for men and women respectively). The haemoglobin connectome in males showed a widespread systematic increase in functional connectivity correlation values, whilst the female connectome showed predominantly parietal and subcortical increases and temporo-parietal decreases. Despite the haemoglobin groups having no differences in cognitive measures, significant differences in the linear relationships between cognitive performance and functional connectivity were obtained for all 5 cognitive tests in males, and 4 out of 5 tests in females. Our findings confirm that individual variability in haemoglobin levels that give rise to group differences are an important confounding variable in BOLD-fMRI-based studies of functional connectivity. Controlling for haemoglobin variability as a potentially confounding variable is crucial to ensure the reproducibility of human brain connectome studies, especially in studies that compare groups of individuals, compare sexes, or examine connectivity-cognition relationships.