DOI: https://doi.org/10.1038/s44294-024-00012-4
تاريخ النشر: 2024-04-01
المؤلف: Daniela S. Avila‐Varela وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الأعصاب ووظيفة الدماغ
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير تقلبات هرمونات الجنس الأنثوية على ديناميات الشبكات الدماغية عبر مراحل مختلفة من الدورة الشهرية – على وجه التحديد، المرحلة الجريبية المبكرة، والمرحلة السابقة للإباضة، والمرحلة المتوسطة للجسم الأصفر – في عينة من 60 امرأة صحية، ذات دورة طبيعية، باستخدام تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة. تشير النتائج إلى أن المرحلة السابقة للإباضة تتميز بأعلى تعقيد ديناميكي داخل الشبكة الوظيفية للدماغ بالكامل، بينما تظهر المرحلة الجريبية المبكرة أدنى تعقيد. بالإضافة إلى ذلك، تسلط الأبحاث الضوء على أن الشبكات الكبيرة في حالة الراحة تخضع لإعادة تكوين طوال الدورة الشهرية.
باستخدام نماذج مختلطة متعددة المستويات، تكشف الدراسة أيضًا أن التغيرات المرتبطة بالعمر تؤثر على ديناميات الشبكة الدماغية بالكامل، وشبكات التحكم، وشبكات الانتباه الظهرية. علاوة على ذلك، وُجد أن تقلبات مستويات الاستراديول والبروجستيرون تؤثر على شبكات دماغية متنوعة، بما في ذلك الشبكة الدماغية بالكامل، وشبكة الوضع الافتراضي (DMN)، والليمبيك، والانتباه الظهري، والسوماتوموتور، والشبكات تحت القشرية. تؤكد هذه النتائج الأدوار المهمة للعمر وهرمونات المبيض في تعديل ديناميات الشبكة الدماغية طوال الدورة الشهرية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم اختيار عينة من 60 امرأة شابة وصحية، تتراوح أعمارهن بين 18 و35 عامًا، بناءً على معايير إدراج محددة من مجموعة بيانات تم وصفها سابقًا بواسطة هيدالغو لوبيز وآخرين. كان يُطلب من المشاركات أن تكون لديهن دورات شهرية منتظمة (21-35 يومًا) مع تباين بين الدورات أقل من 7 أيام، وأنهن لم يستخدمن وسائل منع الحمل الهرمونية في الأشهر الستة التي سبقت الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، تم فحص المشاركات بحثًا عن أي تاريخ من الاضطرابات العصبية أو النفسية أو الغدد الصماء ولم يكن أي منهن يتناولن أي أدوية.
شملت الدراسة ثلاث مواعيد لكل مشاركة، تم جدولتها خلال مراحل متميزة من الدورة الشهرية: المرحلة الجريبية المبكرة (1-7 أيام بعد الحيض)، المرحلة السابقة للإباضة (2-3 أيام قبل الإباضة)، والمرحلة المتوسطة للجسم الأصفر (3 أيام بعد الإباضة إلى 3 أيام قبل الحيض التالي). لتقليل التحيز، تم موازنة ترتيب هذه المواعيد. تم التحقق من توقيت الجلسات السابقة للإباضة باستخدام اختبارات الإباضة البولية التجارية (Pregnafix®)، وأكدت المشاركات بدء حيضهن التالي. تمت الموافقة على الدراسة أخلاقيًا من قبل لجنة الأخلاقيات بجامعة سالزبورغ واتبعت إرشادات إعلان هلسنكي.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو الأهداف الموضحة في الدراسة. يتم عادةً توضيح البيانات من خلال جداول أو رسوم بيانية أو أشكال، والتي توفر تمثيلًا بصريًا ووضوحًا للنتائج التي تم الحصول عليها.
قد يتضمن القسم أيضًا تحليلات إحصائية تتحقق من النتائج، مثل قيم p أو فترات الثقة، مما يشير إلى موثوقية وأهمية النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم في التواصل مع الأدلة التجريبية التي تدعم استنتاجات البحث، مع التأكيد على المساهمات في المجال والآثار المحتملة للدراسات المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، قمنا بفحص التعقيد الديناميكي للشبكات الدماغية عبر ثلاث مراحل من الدورة الشهرية – المرحلة الجريبية المبكرة، والمرحلة السابقة للإباضة، والمرحلة المتوسطة للجسم الأصفر – في مجموعة من 60 امرأة صحية. كشفت نتائجنا أن المرحلة السابقة للإباضة أظهرت أعلى استقرار للعقد عبر الشبكة الوظيفية للدماغ بالكامل، مما يشير إلى تعقيد ديناميكي أكبر مقارنة بالمرحلتين الجريبية المبكرة والمتوسطة للجسم الأصفر. من الجدير بالذكر أن التعقيد الديناميكي للشبكات في حالة الراحة اختلف بشكل كبير مع مراحل الدورة الشهرية، حيث أظهرت الشبكات DMN والليمبيك وتحت القشرية زيادة في التعقيد خلال المرحلتين السابقة للإباضة والمتوسطة للجسم الأصفر. كما برز العمر كعامل مهم يؤثر على ديناميات الدماغ بالكامل، حيث ارتبط العمر الأكبر بزيادة الاستقرار.
علاوة على ذلك، أظهرت نماذج التأثيرات المختلطة أن كل من مستويات الاستراديول والبروجستيرون تعدل ديناميات الدماغ، حيث ارتبط الاستراديول بانخفاض الاستقرار في DMN بينما ارتبطت مستويات أعلى من البروجستيرون بزيادة التعقيد في عدة شبكات، بما في ذلك الشبكات الليمبية وتحت القشرية. تؤكد هذه النتائج التفاعل المعقد بين تقلبات الهرمونات وديناميات الدماغ طوال الدورة الشهرية، مما يشير إلى أن مستويات الهرمونات تؤثر بشكل كبير على العمليات الإدراكية والعاطفية. تساهم نتائجنا في فهم كيفية تأثير مراحل الدورة الشهرية والتغيرات الهرمونية على وظيفة الدماغ، مع آثار على الأبحاث المستقبلية حول الاضطرابات المتعلقة بالإدراك والمزاج لدى النساء.
DOI: https://doi.org/10.1038/s44294-024-00012-4
Publication Date: 2024-04-01
Author(s): Daniela S. Avila‐Varela et al.
Primary Topic: Neural dynamics and brain function
Overview
This study investigates the impact of female sex hormone fluctuations on brain network dynamics across different phases of the menstrual cycle—specifically, the early follicular, pre-ovulatory, and mid-luteal phases—in a sample of 60 healthy, naturally-cycling women using resting-state fMRI. The findings indicate that the pre-ovulatory phase is characterized by the highest dynamical complexity within the whole-brain functional network, while the early follicular phase displays the lowest complexity. Additionally, the research highlights that large-scale resting-state networks undergo reconfiguration throughout the menstrual cycle.
Using multilevel mixed-effects models, the study further reveals that age-related changes affect the dynamics of the whole-brain, control, and dorsal attention networks. Moreover, fluctuations in estradiol and progesterone levels were found to influence various brain networks, including the whole-brain, default mode network (DMN), limbic, dorsal attention, somatomotor, and subcortical networks. These results underscore the significant roles of age and ovarian hormones in modulating brain network dynamics throughout the menstrual cycle.
Methods
In this study, a sample of 60 healthy young women, aged 18 to 35, was selected based on specific inclusion criteria from a dataset previously described by Hidalgo-Lopez et al. Participants were required to have regular menstrual cycles (21-35 days) with intercycle variability of fewer than 7 days, and they had not used hormonal contraceptives in the six months prior to the study. Additionally, participants were screened for any history of neurological, psychiatric, or endocrine disorders and were not taking any medications.
The study involved three appointments for each participant, scheduled during distinct phases of the menstrual cycle: the early follicular phase (1-7 days post-menses), the pre-ovulatory phase (2-3 days before ovulation), and the mid-luteal phase (3 days post-ovulation to 3 days before the next menses). To minimize bias, the order of these appointments was counterbalanced. The timing of the pre-ovulatory sessions was verified using commercial urinary ovulation tests (Pregnafix®), and participants confirmed the onset of their subsequent menses. The study was ethically approved by the University of Salzburg’s ethics committee and adhered to the Declaration of Helsinki guidelines.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or objectives outlined in the study. The data is typically illustrated through tables, graphs, or figures, which provide visual representation and clarity to the results obtained.
The section may also include statistical analyses that validate the findings, such as p-values or confidence intervals, indicating the reliability and significance of the results. Overall, this section serves to communicate the empirical evidence that underpins the research conclusions, emphasizing the contributions to the field and potential implications for future studies.
Discussion
In this study, we examined the dynamical complexity of brain networks across three menstrual cycle phases—early follicular, pre-ovulatory, and mid-luteal—in a cohort of 60 healthy women. Our findings revealed that the pre-ovulatory phase exhibited the highest node-metastability across the whole-brain functional network, indicating greater dynamical complexity compared to the early follicular and mid-luteal phases. Notably, the dynamical complexity of resting-state networks varied significantly with menstrual cycle phases, with the DMN, limbic, and subcortical networks showing increased complexity during the pre-ovulatory and mid-luteal phases. Age also emerged as a significant factor influencing whole-brain dynamics, with older age correlating with increased metastability.
Furthermore, mixed effects models demonstrated that both estradiol and progesterone levels modulate brain dynamics, with estradiol associated with lower metastability in the DMN and higher levels of progesterone linked to increased complexity in several networks, including the limbic and subcortical networks. These results underscore the intricate interplay between hormonal fluctuations and brain dynamics throughout the menstrual cycle, suggesting that hormonal levels significantly influence cognitive and emotional processes. Our findings contribute to the understanding of how menstrual cycle phases and hormonal changes affect brain function, with implications for future research on cognitive and mood-related disorders in women.