产前暴露于空气颗粒物对新生儿大脑皮质局部功能连接的影响

Impact of prenatal exposure to airborne particulate matter on local functional connections in the cerebral cortex of neonates

作者信息Laura Blanco-Hinojo, Jesus Pujol, Gerard Martínez-Vilavella, Laura Gómez-Herrera, Ioar Rivas, Maria Dolors Gómez-Roig, Elisa Llurba, Mark Nieuwenhuijsen, Toni Galmes, Cecilia Persavento, Xavier Querol, Mireia Gascón, Maria Foraster, Juan Domingo Gispert, Carles Falcón, Joan Deus, Payam Dadvand, Jordi Sunyer
PMID41962613
发布时间2026-04-08
DOI10.1016/j.neuroimage.2026.121911

实验完整度

研究包含人群队列、影像学分析及功能连接测量,并进行了统计学验证和交互作用分析,属于观察性研究但具有明确的实验方法、统计建模和多种结果验证。

主要模型

新生儿队列(61名足月新生儿)

重点核对

PM2.5暴露估算基于土地利用回归模型,结合时间加权个体移动数据 静息态功能MRI在自然睡眠下采集,且未使用镇静剂 IDAC计算使用三个距离区间(1-4mm, 4-7mm, 7-10mm) 统计模型校正了头动参数和全局脑信号,并调整了多种潜在混杂因素

摘要

影像学研究表明,空气污染暴露会干扰大脑功能发育,可能影响长期认知能力。生命早期可能是一个关键的易感期,然而大多数研究是在童年后期评估暴露效应,此时出生后的影响已经累积。本研究探讨了产前暴露于空气颗粒物(PM2.5)对新生儿大脑皮质局部连接功能结构的早期影响。这项基于人群的研究于2018年至2021年间在巴塞罗那进行。使用土地利用回归模型结合时间加权母亲在不同环境中的移动数据来估算PM2.5暴露量。在产后29天对61名新生儿进行静息态功能磁共振成像扫描。使用不同空间距离的局部等距平均相关(IDAC)测量评估大脑功能连接性。进行体素级回归分析以检查PM2.5暴露与IDAC测量之间的关联。妊娠期间较高的母亲PM2.5暴露与新生儿皮质局部功能连接增强相关,尤其是在涉及感觉运动功能的脑区。在前运动皮质和辅助运动区,这些效应随空间尺度而变化,在较长的局部距离上显示出更强的关联。研究结果表明,产前暴露于空气污染会干扰早期大脑功能组织。值得注意的是,观察到的连接变化可能既反映了初级感觉运动区域分离的延迟,也可能反映了感觉运动系统高级水平功能成熟的加速。需要进行纵向研究来跟踪这些与暴露相关的改变如何随时间演变,以及它们对发育结果的潜在影响。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
产前PM2.5暴露是否影响新生儿大脑皮质的局部功能连接及其空间组织?
核心机制
可能通过干扰皮质网络的兴奋-抑制平衡,导致连接性改变,但确切机制尚未阐明。
主要证据
基于61名新生儿fMRI数据,发现早期妊娠PM2.5暴露与感觉运动区域局部功能连接增强相关,且在前运动皮质和辅助运动区存在距离依赖性效应。
研究意义
研究表明产前空气污染可能干扰早期大脑功能组织,为理解空气污染对神经发育的影响提供了新生儿期的证据,未来需纵向研究追踪其长期影响。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

参与者招募与排除

确定研究样本并排除不符合条件的新生儿

从巴塞罗那三所大学医院招募孕妇,排除早产、医学疾病、MRI禁忌等,最终纳入61名提供高质量fMRI数据的新生儿。

2

环境暴露评估

估算个体孕期PM2.5暴露水平

使用土地利用回归(LUR)模型结合时间加权的个体移动数据,预测家庭、通勤和工作场所的PM2.5浓度,并计算孕早期和孕晚期的平均暴露。

3

MRI数据采集与预处理

获取新生儿静息态功能磁共振图像并准备数据

在自然睡眠下进行静息态fMRI扫描,采用EPI序列,并进行预处理(包括运动校正、重采样、平滑),然后基于IDAC计算局部功能连接。

4

功能连接计算

量化不同空间距离的局部功能连接

计算每个体素在1-4, 4-7, 7-10mm距离内的平均时域相关性(IDAC),生成三个距离的IDAC图,并配准到公共空间。

5

统计关联分析

检验PM2.5暴露与IDAC测量之间的相关性

使用SPM进行体素级多元回归,分析PM2.5暴露与三个IDAC图的关系,并进行交互效应分析以检验距离差异,以及敏感性分析调整混杂因素和微量元素。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
飞利浦Ingenia CXPhilips Healthcare--
32通道头线圈Philips Healthcare--
ExpoAppAteknea Solutions--
SPM12The Wellcome Department of Imaging Neuroscience--
MATLAB 2017aThe MathWorks Inc.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
样本筛选
纳入标准:足月、无MR禁忌;排除标准:早产、疾病等;样本量61例
阅读提示:Methods 2.1 Participants
PM2.5暴露估算
LUR模型R2=47%;微环境类型:家庭、通勤、工作;时间加权方法;孕早期和晚期暴露计算
阅读提示:Methods 2.2 Exposure estimates
MRI采集
扫描仪参数:3T Philips Ingenia CX,32通道头线圈;序列参数:TR=2000ms, TE=35ms, 0=70度, 2.8mm各向同性, 46层;扫描时长6分钟,177个体积;自然睡眠无镇静
阅读提示:Methods 2.3 MRI acquisition
功能连接计算
IDAC距离:1-4, 4-7, 7-10mm;回归协变量:6个刚体参数、一阶导数、全局脑信号;带通滤波0.01-0.1Hz
阅读提示:Methods 2.4.3 IDAC maps
统计分析
统计阈值:p<0.005,FWE校正p<0.05;协变量:头动、性别、胎龄、种族、母亲教育等
阅读提示:Methods 2.5 Statistical analysis