The human brain is a large-scale integrated network in the functional and structural domain. Graph theoretical analysis provides a novel framework for analysing such complex networks. While previous neuroimaging studies have uncovered abnormalities in several specific brain networks in patients with idiopathic generalized epilepsy characterized by tonic–clonic seizures, little is known about changes in whole-brain functional and structural connectivity networks. Regarding functional and structural connectivity, networks are intimately related and share common small-world topological features. We predict that patients with idiopathic generalized epilepsy would exhibit a decoupling between functional and structural networks. In this study, 26 patients with idiopathic generalized epilepsy characterized by tonic–clonic seizures and 26 age- and sex-matched healthy controls were recruited. Resting-state functional magnetic resonance imaging signal correlations and diffusion tensor image tractography were used to generate functional and structural connectivity networks. Graph theoretical analysis revealed that the patients lost optimal topological organization in both functional and structural connectivity networks. Moreover, the patients showed significant increases in nodal topological characteristics in several cortical and subcortical regions, including mesial frontal cortex, putamen, thalamus and amygdala relative to controls, supporting the hypothesis that regions playing important roles in the pathogenesis of epilepsy may display abnormal hub properties in network analysis. Relative to controls, patients showed further decreases in nodal topological characteristics in areas of the default mode network, such as the posterior cingulate gyrus and inferior temporal gyrus. Most importantly, the degree of coupling between functional and structural connectivity networks was decreased, and exhibited a negative correlation with epilepsy duration in patients. Our findings suggest that the decoupling of functional and structural connectivity may reflect the progress of long-term impairment in idiopathic generalized epilepsy, and may be used as a potential biomarker to detect subtle brain abnormalities in epilepsy. Overall, our results demonstrate for the first time that idiopathic generalized epilepsy is reflected in a disrupted topological organization in large-scale brain functional and structural networks, thus providing valuable information for better understanding the pathophysiological mechanisms of generalized tonic–clonic seizures.

Abstract Studies of in mesial temporal lobe epilepsy (mTLE) patients with hippocampal sclerosis (HS) have reported reductions in both functional and structural connectivity between hippocampal structures and adjacent brain regions. However, little is known about the connectivity among the default mode network (DMN) in mTLE. Here, we hypothesized that both functional and structural connectivity within the DMN were disturbed in mTLE. To test this hypothesis, functional magnetic resonance imaging (fMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) were applied to examine the DMN connectivity of 20 mTLE patients, and 20 gender‐ and age‐matched healthy controls. Combining these two techniques, we explored the changes in functional (temporal correlation coefficient derived from fMRI) and structural (path length and connection density derived from DTI tractography) connectivity of the DMN. Compared to the controls, we found that both functional and structural connectivity were significantly decreased between the posterior cingulate cortex (PCC)/precuneus (PCUN) and bilateral mesial temporal lobes (mTLs) in patients. No significant between‐group difference was found between the PCC/PCUN and medial prefrontal cortex (mPFC). In addition, functional connectivity was found to be correlated with structural connectivity in two pairwise regions, namely between the PCC/PCUN and bilateral mTLs, respectively. Our results suggest that the decreased functional connectivity within the DMN in mTLE may be a consequence of the decreased connection density underpinning the degeneration of structural connectivity. Hum Brain Mapp, 2011. © 2010 Wiley‐Liss, Inc.

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common drug-resistant epilepsy in adults. While commonly related to hippocampal pathology, increasing evidence suggests structural changes beyond the mesiotemporal lobe. Functional anomalies and their link to underlying structural alterations, however, remain incompletely understood. We studied 30 drug-resistant TLE patients and 57 healthy controls using multimodal magnetic resonance imaging analyses. We developed a novel framework that parameterizes functional connectivity distance, consolidating functional and geometric properties of macroscale networks. Compared to controls, TLE showed connectivity distance reductions in temporo-insular and prefrontal networks, suggesting topological segregation of functional networks. Our novel approach furthermore allowed for the testing of morphological and microstructural associations, and revealed that functional connectivity contractions occurred independently from TLE-related cortical atrophy but were mediated by microstructural changes in the underlying white matter. All patients underwent a comparable resective surgery after our study and a regularized supervised machine learning paradigm with 5-fold cross-validation demonstrated that patient-specific functional anomalies predicted post-surgical seizure outcome with 74±8% accuracy, outperforming classifiers operating on clinical and structural imaging features. Our findings suggest connectivity distance contractions as a clinically relevant pathoconnectomic substrate of TLE. Functional topological isolation may represent a microstructurally mediated network mechanism that tilts the balance towards epileptogenesis.

Abstract 3D printing of protein materials for creating bioactive scaffolds has attracted significant interest. However, achieving controllable and stable printing while replicating the ordered structure found in natural protein materials remains a key challenge. Herein, a universally applicable temperature‐dependent protein aggregation (TPA) strategy is reported to manipulate the unfolding, relaxation, and reorganization of protein chains to enable the 3D printing of amyloid‐like proteins. The disruption of internal disulfide bonds induces the unfolding and relaxation of protein, leading to the formation of an amorphous protein sol through chain entanglement as primary cross‐linking points. These relaxed protein chains further aggregate through conformational transition to initiate amyloid‐like protein aggregation rich in β‐sheet structures at high temperature, resulting in a protein gel with β‐sheet nanocrystals serving as secondary cross‐linking points. This gel facilitates the stable and precise extrusion‐based 3D printing of proteinaceous scaffolds with a hierarchically ordered structure. The biomedical potential of this 3D‐printed protein scaffold is preliminarily validated through its biomineralization capability and following application in bone tissue regeneration using rat skull defect models. This strategy demonstrates a facile approach for the controllable structural aggregation of proteins in vitro and holds great potential in the field of protein‐based scaffolds.