基于磁共振成像的腦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及臨床應(yīng)用研究.pdf

1、大腦是迄今為止人類所知最為復(fù)雜，最為精細(xì)的系統(tǒng)，它由解剖上相連、功能上既相互獨(dú)立又相互影響的腦區(qū)所組成。腦網(wǎng)絡(luò)研究是目前神經(jīng)科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，它能夠從系統(tǒng)水平上研究腦區(qū)間的連接機(jī)制，揭示大腦的內(nèi)在組織模式。近年，腦成像技術(shù)，尤其是磁共振成像技術(shù)（magnetic resonance imaging, MRI）的出現(xiàn)和快速發(fā)展提供了獲取大腦各種數(shù)據(jù)的影像學(xué)工具，而基于圖論的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析則為腦網(wǎng)絡(luò)的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。本文將以腦網(wǎng)

2、絡(luò)分析方法的發(fā)展和應(yīng)用為研究重點(diǎn)，以磁共振成像技術(shù)中最熱門的兩大成像技術(shù)—功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）和彌散張量成像（diffusion tensor imaging, DTI）為研究工具，對大腦的功能連接網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，結(jié)合圖論分析探測大腦的內(nèi)在組織特性，并進(jìn)一步將其應(yīng)用于臨床大腦疾病中，從系統(tǒng)水平層面探測大腦疾病的病理生理機(jī)制。本文的主要研究工作

3、包括如下幾個(gè)部分：
　　1.利用獨(dú)立成分分析（independent component analysis, ICA）和圖論分析對健康被試的靜息態(tài)功能磁共振成像（ fMRI）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究大腦靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)（resting-state networks, RSNs）的拓?fù)涮匦?。結(jié)果表明靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)（RSNs）具有高效的“小世界”組織特性。更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)高級認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)（如注意、中央執(zhí)行和默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)）和初級感知網(wǎng)絡(luò)（如視覺、聽覺和感覺

4、運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)）的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?biāo)存在顯著差異，首次從網(wǎng)絡(luò)屬性上定量地證明了高級認(rèn)知和初級感知網(wǎng)絡(luò)間的分級現(xiàn)象。該方法可擴(kuò)展到臨床應(yīng)用，尤其對于特定功能子網(wǎng)絡(luò)（如RSNs）異常的大腦疾病具有較好的應(yīng)用價(jià)值和意義。
　　2.采用基于全腦大尺度功能連接分析方法對社交焦慮障礙（ social anxiety disorder, SAD）患者的功能連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，SAD患者異常的功能連接，主要存在于額葉皮層和枕葉皮層。此

5、外，部分異常腦區(qū)功能連接與社交焦慮癥狀的嚴(yán)重程度存在相關(guān)性。該研究旨在從整體水平上研究病理狀態(tài)下腦功能連接網(wǎng)絡(luò)的異常，所發(fā)現(xiàn)的異常功能連接可能作為SAD患者早期診斷的生物學(xué)標(biāo)記。
　　3.融合基于靜息態(tài)功能磁共振成像（fMRI）的功能連接和基于彌散張量成像（DTI）的結(jié)構(gòu)連接分析對心因性非癲癇發(fā)作（psychogenic non-epilepsy seizures, PNES）的腦功能網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。圖論分析的結(jié)果表明PN

6、ES患者的功能連接和結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)的組織特性遭受破壞，并趨向規(guī)則化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。此外，PNES患者結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)屬性發(fā)生了異常改變，涉及的腦區(qū)與注意網(wǎng)絡(luò)、感覺運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)、皮層下腦區(qū)和默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。進(jìn)一步，我們還發(fā)現(xiàn) PNES患者的功能和結(jié)構(gòu)連接的耦合強(qiáng)度顯著降低，且降低的耦合強(qiáng)度與患者的病程呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。ROC（receiver operating characteristic, ROC）曲線分析發(fā)現(xiàn)耦合強(qiáng)度這一指標(biāo)具有較高的敏感性和特異性來

7、區(qū)分 PNES患者和健康被試。該研究證實(shí)了功能連接和結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)的融合分析能夠?yàn)榻沂綪NES的內(nèi)在病理生理機(jī)制提供一個(gè)新的思路。
　　4.利用一種快速的基于體素的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法—功能連接密度（ functional connectivity density, FCD）分析探測PNES患者的短程功能連接密度（short-range FCD）和長程功能連接密度（long-range FCD）。結(jié)果顯示PNES患者的功能連接密度發(fā)生異常的