MRI biomarkers of the stressed brain: disclosing interactions between perception, morphology and functioning

Abstract

O stress crónico e maladaptativo é um importante precursor para o desenvolvimento de doenças psiquiátricas como a ansiedade, depressão major e perturbação bipolar. De facto, a maioria dos indivíduos considera que as suas rotinas diárias são cada vez mais stressantes, estimando-se que 1 em cada 5 anos de vida seja atualmente vivido com incapacidade devido a doença mental. A resposta ao stress é uma reação multisistémica que conta com o envolvimento primário do eixo hipotálamo-hipófise suprarrenal, que desempenha um papel fulcral na adaptação do indivíduo a situações imprevisíveis. No entanto, a exposição a stress crónico pode causar a desregulação de mecanismos internos do corpo, que, a longo prazo, podem potencializar o desenvolvimento de doença. Mesmo partilhando o mesmo antecedente, cada doença neuropsiquiátrica tem características únicas. Assim, é de extrema importância investigar não só o que acontece durante e após a patologia, mas também o que a antecede. De facto, o estudo contínuo é altamente benéfico para um melhor entendimento da neurofisiologia do stress. É ainda essencial se considerarmos terapias preventivas. Até à data, são poucos os estudos que avaliam o impacto do stress em populações não clínicas. Para além disso, existem algumas discrepâncias na literatura que poderão estar relacionadas com o tamanho reduzido da amostragem dos estudos atualmente publicados. Assim, esta Tese teve como objetivo providenciar novos conhecimentos sobre as alterações que o stress (e em particular, o stress percebido) provoca na morfologia e função cerebral, procurando também encontrar novos sinais que possam ser utilizados como biomarcadores do cérebro stressado. Os nossos resultados mostram que existe uma relação forte entre o tamanho da amígdala direita e a perceção de stress. Esta associação positiva é estável quer a curto-prazo, quer ao longo da idade. Para além disso, esta Tese também mostra que aumentos na perceção de stress estão relacionados com aumentos na conetividade funcional da amígdala com regiões corticais, tal como com diminuições na ocorrência de um padrão de atividade contrabalançada entre um subsistema que engloba a amígdala e o hipocampo, e o resto do cérebro. Em suma, esta Tese demonstra que a perceção de stress se relaciona substancialmente quer com a morfologia do cérebro, quer com o seu funcionamento, sobretudo nas regiões da amígdala e hipocampo; interações que podem, em última análise, ser usadas como biomarcadores do cérebro stressado.

Chronic, maladaptive, stress is a major precursor for the development of psychiatric diseases such as anxiety, major depression, and bipolar disorder. Importantly, daily routines are perceived as increasingly stressful by most individuals, being estimated that 1 out of 5 years is lived with incapacity due to mental disorders. The stress response is a multisystemic reaction with the primary involvement of the HPA axis, which usually helps individuals overcome unpredictable situations. However, exposure to chronic stress may cause the dysregulation of internal mechanisms, which in the long run, may exacerbate disease development. Notably, even sharing the same precursor, each neuropsychiatric condition presents unique characteristics. Therefore, disclosing how the brain is altered before, during, and after the disease is highly beneficial to understanding stress neurophysiology and even crucial if considering mental preventive therapies. To date, few stress studies focus on non-pathological populations, with literature showing significant discrepancies that may have been fostered by the small sample size of published works. Therefore, this Thesis aimed to provide new insights about the changes induced by stress (particularly the perceived stress) on the healthy brain structure and functioning, as well as pursuing the development of new in-vivo biomarkers of the stressed brain. Our findings revealed the existence of a strong link between amygdala size and stress perception, in which a positive association is stable across time, and across age. Moreover, our results also show that increases in perceived stress relate to increases in amygdala-cortical connectivity, as to decreases in the occurrence of a pattern of counterbalanced activity between the amygdala-hippocampal subsystem and the rest of the brain. Altogether, this Thesis shows that stress perception exhibits a substantial interaction with brain morphology and functioning, particularly in amygdalae and hippocampal regions, which can ultimately be used as biomarkers of the stressed brain.