Quantification of brain networks in healthy and diseased adolescents using neuroimaging processing techniques

In the last decades, neuroimaging, and particularly functional magnetic resonance, have lead to a high number of findings on brain organization that have helped the scientific community to better understand brain function. Despite these advances, the foundations of neural activity and connectivity are not yet understood, and little is known about its role in the etiology of psychiatric disorders. A vast amount of literature on neuroimaging demonstrates the presence of abnormal and dysfunctional brain patterns of activity, revealed by a wide number of different analytical approaches. However, the establishment of consistent relations between abnormal connectivity patterns and symptoms or diagnoses is still not confirmed. For this reason, the present project studied these relations in young individuals suffering from First Episode Psychosis (FEP) and healthy control participants by implementing a model-dependent atlas-based approach using the publicly available Seven Network Atlas. The statistical analysis of preprocessed images revealed various tendencies consistent with previous results from literature as well as new findings. Youth in psychosis presented hyperconnectivity in most resting-state networks when compared to controls, being significantly enhanced in Fronto-Parietal network (FPN) and Default Mode network (DMN). Also, within patients hyperconnectivity was negatively related to general cognitive performance and positively linked to clinical symptom severity. We estimate that the results of this work will eventually contribute to a better understanding of the early stages of psychosis in children and adolescents, critical for optimizing current interventions and treatments.En los últimos años, la comunidad científica ha hecho grandes avances para alcanzar una mejor comprensión del funcionamiento del cerebro gracias al gran número de descubrimientos relativos a la organización del mismo, llevados a cabo mediante neuroimagen y en particular por medio de resonancia magnética funcional. A pesar de estos avances, todavía se desconocen las bases de la actividad y conectividad neuronal así como su papel en la etiología de los trastornos psicóticos. Una gran cantidad de literatura sobre análisis de neuroimagen mediante diversos métodos demuestra de manera consistente la presencia de patrones de actividad cerebral alterados y disfuncionales; sin embargo, es imposible establecer de manera sólida, a través de diferentes estudios, la relación entre patrones específicos de conectividad funcional alterada con los diferentes síntomas y condiciones de estos trastornos. Por este motivo, el presente proyecto ha estudiado estos vínculos en niños y adolescentes que padecen un primer episodio de psicosis así como en controles sanos mediante un enfoque basado en un atlas público de 7 redes cerebrales. El análisis estadístico de las imágenes preprocesadas reveló varias tendencias coherentes con resultados previos extraídos de la literatura así como nuevos hallazgos. Los jóvenes con psicosis mostraron tener hiperconectividad en la mayoría de las redes en reposo en comparación con los controles, siendo dicha diferencia especialmente significativa en las redes Fronto-Parietal y por Defecto. Además, se observaron patrones de correlación negativa entre la conectividad y los procesos cognitivos, mientas que la relación de la conectividad con la gravedad de los síntomas mostró ser positiva. Los resultados de este trabajo contribuyen a una mejor comprensión de las etapas iniciales de la psicosis en niños y adolescentes, fundamentales para la optimización de los actuales tratamientos e intervenciones.Ingeniería Biomédic