BACKGROUNDThe coronavirus disease 2019 (COVID-19) rapidly progressed to a global pandemic. Although some patients totally recover from COVID-19 pneumonia, the disease's long-term effects on the brain still need to be explored.METHODSWe recruited 51 patients with 2 subtypes of COVID-19 (19 mild and 32 severe) with no specific neurological manifestations at the acute stage and no obvious lesions on the conventional MRI 3 months after discharge. Changes in gray matter morphometry, cerebral blood flow (CBF), and white matter (WM) microstructure were investigated using MRI. The relationship between brain imaging measurements and inflammation markers was further analyzed.RESULTSCompared with healthy controls, the decrease in cortical thickness/CBF and the changes in WM microstructure were more severe in patients with severe disease than in those with mild disease, especially in the frontal and limbic systems. Furthermore, changes in brain microstructure, CBF, and tract parameters were significantly correlated (P < 0.05) with the inflammatory markers C-reactive protein, procalcitonin, and interleukin 6.CONCLUSIONIndirect injury related to inflammatory storm may damage the brain, altering cerebral volume, CBF, and WM tracts. COVID-19-related hypoxemia and dysfunction of vascular endothelium may also contribute to neurological changes. The abnormalities in these brain areas need to be monitored during recovery, which could help clinicians understand the potential neurological sequelae of COVID-19.FUNDINGNatural Science Foundation of China.

Multiple system atrophy (MSA) and Parkinson's disease (PD) are neurodegenerative disorders characterized by α-synuclein pathology, disrupted iron homeostasis and impaired neurochemical transmission. Considering the critical role of iron in neurotransmitter synthesis and transport, our study aims to identify distinct patterns of whole-brain iron accumulation in MSA and PD, and to elucidate the corresponding neurochemical substrates. A total of 122 PD patients, 58 MSA patients and 78 age-, sex-matched health controls underwent multi-echo gradient echo sequences and neurological evaluations. We conducted voxel-wise and regional analyses using quantitative susceptibility mapping to explore MSA or PD-specific alterations in cortical and subcortical iron concentrations. Spatial correlation approaches were employed to examine the topographical alignment of cortical iron accumulation patterns with normative atlases of neurotransmitter receptor and transporter densities. Furthermore, we assessed the associations between the colocalization strength of neurochemical systems and disease severity. MSA patients exhibited increased susceptibility in the striatal, midbrain, cerebellar nuclei, as well as the frontal, temporal, occipital lobes, and anterior cingulate gyrus. In contrast, PD patients displayed elevated iron levels in the left inferior occipital gyrus, precentral gyrus, and substantia nigra. The excessive iron accumulation in MSA or PD correlated with the spatial distribution of cholinergic, noradrenaline, glutamate, serotonin, cannabinoids, and opioid neurotransmitters, and the degree of this alignment was related to motor deficits. Our findings provide evidence of the interaction between iron accumulation and non-dopamine neurotransmitters in the pathogenesis of MSA and PD, which inspire research on potential targets for pharmacotherapy.

Abstract Aging is widely acknowledged as the primary risk factor for brain degeneration, with Parkinson's disease (PD) tending to follow accelerated aging trajectories. We aim to investigate the impact of structural brain aging on the temporal dynamics of a large‐scale functional network in PD. We enrolled 62 PD patients and 32 healthy controls (HCs). The level of brain aging was determined by calculating global and local brain age gap estimates (G‐brainAGE and L‐brainAGE) from structural images. The neural network activity of the whole brain was captured by identifying coactivation patterns (CAPs) from resting‐state functional images. Intergroup differences were assessed using the general linear model. Subsequently, a spatial correlation analysis between the L‐brainAGE difference map and CAPs was conducted to uncover the anatomical underpinnings of functional alterations. Compared to HCs (−3.73 years), G‐brainAGE was significantly higher in PD patients (+1.93 years), who also exhibited widespread elevation in L‐brainAGE. G‐brainAGE was correlated with disease severity and duration. PD patients spent less time in CAPs involving activated default mode and the fronto‐parietal network (DMN‐FPN), as well as the sensorimotor and salience network (SMN‐SN), and had a reduced transition frequency from other CAPs to the DMN‐FPN and SMN‐SN CAPs. Furthermore, the pattern of localized brain age acceleration showed spatial similarities with the SMN‐SN CAP. Accelerated structural brain aging in PD adversely affects brain function, manifesting as dysregulated brain network dynamics. These findings provide insights into the neuropathological mechanisms underlying neurodegenerative diseases and imply the possibility of interventions for modifying PD progression by slowing the brain aging process.

State anxiety and trait anxiety are differentially mapped in brain function. However, the genetic and neurobiological basis of anxiety-related functional changes remain largely unknown. Participants aged 18–30 from the community underwent resting-state fMRI and were assessed with the State-Trait Anxiety Inventory. Using a general linear regression model, we analyzed the effects of state and trait anxiety, as well as their sum and difference (delta), on regional homogeneity (ReHo) in cortical areas. ReHo patterns denote the spatial distribution of ReHo associated with anxiety scores. We further explored the spatial correlations between ReHo patterns and neuromaps, including gene expression, neurotransmitter receptor density, myelination, and functional connectivity gradients, to elucidate the genetic and molecular substrates of these ReHo patterns. Our findings demonstrated robust spatial correlations between whole-brain ReHo patterns for state and trait anxiety, with trait anxiety and the delta value exhibiting stronger network correlations, notably in the dorsal attention, salience, visual, and sensorimotor networks. Genes highly correlated with ReHo patterns exhibited unique spatiotemporal expression patterns, involvement in oxidative stress, metabolism, and response to stimuli, and were expressed in specific cell types. Furthermore, ReHo patterns significantly correlated with neuromaps of neurotransmitter receptor density, myelination, and functional connectivity gradients. The ReHo patterns associated with anxiety may be driven by genetic and neurobiological traits. Our findings contribute to a deeper understanding of the pathogenesis of anxiety from a genetic and molecular perspective.

Motivation: While changes of neurofluid dynamic has been observed in CSVD, the potential inter-correlations between them are still unclear. Goal(s): Our goal was to demonstrate the potential interactive dynamics of neurofluids including the parenchyma perfusion, the glymphatic pathway, and the intracranial CSF in CSVD patients. Approach: Parenchyma perfusion was assessed with pASL, glymphatic dynamics was assessed with DTI- ALPS, and CSF volume of ventricles was also quantified. Results: The interactive dynamics of neurofluids of CSVD patients is significantly altered compared with that of normal elderly. Impact: Disruption of neurofluid dynamics may play an important role in the pathophysiology of CSVD.

Motivation: Sleep, accounting for one-third of human life, is a universal biological function, and sleep disorders may adversely affect health and well-being. Goal(s): Sleep disorder affect functional structure of brain and the effect on white matter functional connectivity is unclear. Approach: we divided white and gray matter into 48 and 82 regions and calculated Pearson's correlation coefficients between the regions to explore the functional connectivity of white and gray matter affected by sleep quality. Results: The left secondary visual cortex and the dorsal anterior cingulate cortex were significantly correlated with the sleep quality. Impact: Which suggests that V2 and dACC, as well as the white matter fiber tracts connected to these two brain regions, need more attention in the diagnosis and treatment of sleep disorders.

Exercise is known to be an effective intervention for depression. NADPH has been demonstrated to have neuroprotective effects in our previous studies. This study aimed to investigate if NADPH has antidepressant effects and can mimic the effects of exercise in a chronic unpredictable stress (CUS) rat model. CUS rats underwent an 8-week swimming exercise (30 min/d, 5d/w) or were intraperitoneally administered 4 mg/kg or 8 mg/kg NADPH. The open field test (OFT), sucrose preference test (SPT), novelty-suppressed feeding test (NSFT), and forced swimming test (FST) were used to examine the antidepressant-like behaviors of the rats. Exercise, 4 mg/kg, and 8 mg/kg NADPH similarly reduced anxiety, as demonstrated by the number of fecal pellets. Meanwhile, exercise and 8 mg/kg NADPH significantly increased locomotion activity in the OFT. Exercise, 4 mg/kg, and 8 mg/kg NADPH effectively reversed CUS-induced anhedonia in rats in the SPT. Exercise, 4 mg/kg, and 8 mg/kg NADPH had no impact on appetite of depressed rats; however, 8 mg/kg NADPH increased the rats' exploratory activity in the NSFT. Exercise, 4 mg/kg, and 8 mg/kg NADPH significantly reduced the immobility time of CUS model rats, while exercise and 8 mg/kg NADPH postponed the early CUS-induced "immobility" in the FST. These results demonstrated that NADPH has similar antidepressant-like effects to exercise in CUS-induced depression model rats and is a potential exercise-mimicking antidepressant.