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人脑功能网络构建方法的研究进展
构建人脑功能网络模型主要通过功能连接和有效连接两个途径实现.本文比较了功能连接和有效连接的各自特点,综述了基于数据驱动(主成分分析、独立成分分析)建立功能连接和基于多元统计模型(结构方程模型、动态因果模型)建立有效连接的主要方法及其应用.
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基于功能连接的急性脑干梗死默认功能网络研究
目的 探讨急性期脑干梗死患者默认功能网络(Default Mode Network,DMN)的改变.方法 对26例急性期脑干梗死患者(患者组)及26例志愿者(对照组)进行静息态MRI扫描,采用功能连接的方法以后扣带回(Posterior Cingulate Cortex,PCC)为种子点计算DMN,将患者组及对照组的DMN分布图进行双样本t检验比较两组之间的差异.结果 患者组及对照组均获得DMN分布图,患者组与对照组比较,内侧前额叶与PCC之间的功能连接显著减低.结论 急性期脑干梗死患者DMN内核心节点间功能连接的减低可能是其出现认知障碍的原因之一.
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颞叶癫痫的海马网络功能连接
由于海马和其他颞叶结构与其他脑区存在连接,颞叶癫痫(TLE)可以影响到颞叶以外的结构.采用磁共振(MRI)功能连接的方法来探索TLE海马网络的变化,以更全面的分析TLE的异常分布范围.共纳入三组被试:左侧颞叶癫痫TLE组(13例);右侧TLE组(11例)及健康对照组(16例).分别在这三组被试中划定左、右两侧海马为感兴趣区(Regions of interest,ROIs).通过测定静息态功能磁共振(functional MRI,fMRI)低频血氧水平(Blood oxygenation level dependent,BOLD)信号的相关性来寻找与ROIs存在着功能连接的脑区.采用独立样本t检验进行组间对比.在TLE中,海马与多个脑区功能连接增强,包括边缘系统中的几个关键区域(颞叶、岛叶、丘脑)、额叶、角回、基底节、脑干和小脑,同时海马与一些脑区之间的功能连接减弱,包括感觉运动皮质(视觉、体感、听觉、初级运动)和默认网络(楔前叶).左侧TLE的功能连接改变较右侧TLE更为明显.TLE功能连接改变揭示了TLE累及多个脑区,导致大脑神经网络功能失常.左侧TLE和右侧TLE的海马功能连接存在显著差异.
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癫痫网络的定义:立体脑电图和信号分析的贡献
致痫网络定义为癫痫放电产生和传播过程中累及的脑区.基于颅内电极电生理数据的分析,文章综述介绍了致痫网络的历史、方法和概念.在癫痫术前评估中,确定产生癫痫发作的脑区(如致痫区)是重要的目标.较药物难治性局灶性癫痫传统的、局限性的视觉分析方法而言,致痫网络作为一个模型已逐渐得到公认.该模型能更好地描述发作动态演变的复杂性、更真实地描述大脑致痫性的异常分布.致痫网络概念在历史上与立体脑电图(SEEG)方法学的发展及随后脑电信号定量分析相关.SEEG有明确的发作期、发作前及发作间期放电模式,可以用信号分析方法对上述模式进行分析,如高频振荡定量分析或分析功能连接的改变.我们可以在皮层和皮层下脑区癫痫发生和传播的过程中,依据SEEG数据分析得到大脑连接的显著变化,这些变化与不同的发作症状学模式相关.发作间期特征就是致痫网络产生异常电活动(发作间期棘波)及功能连接的改变.致痫网络大尺度建模新方法的引入为更好地预测手术预后提供了新方法.就明确致痫性脑区的分布而言,致痫网络的概念是一个关键的要素,这对癫痫手术尤为重要.
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功能磁共振成像研究睡眠剥夺30小时对健康年轻医生工作记忆的影响研究
目的:探讨功能磁共振成像研究睡眠剥夺30小时对健康年轻医生工作记忆的影响.方法:运用磁共振成像的技术对30名健康的年轻医生在正常的睡眠状态下以及30h的睡眠剥夺之后的磁共振的数据进行观察,比较在睡眠剥夺的前后全脑功能与双侧的海马种子区域的连接变化.比较睡眠剥夺前后工作记忆任务测试结果.结果:同睡眠剥夺之前对比,在30h的睡眠剥夺之后:双侧的海马种子部位主要同右侧的后扣带回呈现正功能的连接;同双侧的中央后回则呈现负功能的连接.结论:对健康的年轻医生实施30小时的睡眠剥夺,实验者的学习以及记忆能力能力受到影响.
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基于独立成分分析和互相关分析的脑功能连接研究
功能相关的脑区存在功能连接,利用静息状态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术,联合独立成分分析(independent component analysis,ICA)和互相关(cross correlation analysis,CCA)分析方法检测人脑初级运动皮层功能连接网络.首先采用空间ICA定位初级运动皮层,作为感兴趣区域(region of interest,ROI);然后采用互相关分析方法检测静息状态大脑特定皮层的功能连接性.实验结果表明:此研究方法较好地检测了大脑运动系统的典型区域,包括初级运动区、运动前区、辅助运动区等,与解剖学、组织化学及生理学技术检测的结果相一致,证实了该方法在脑功能连接性研究方面是有效的.
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经皮耳迷走神经刺激治疗脑病的现状与展望
基于中医耳针疗法、迷走神经刺激(Vagus Nerve Stimulation,VNS)和解剖学而研发的经皮耳迷走神经刺激(Transcutaneous Auricular VNS,taVNS)是中医药现代化的典型代表.taVNS无需手术,费用较低,几乎没有不良反应,并能保证与传统VNS有相近的功效.taVNS以自主神经功能调节为核心,开拓了外周神经-脑网络-机体功能整体调节的新原理,已在癫痫和抑郁症的治疗上取得了突破.taVNS的其他适应症有:意识障碍、自闭症、阿尔茨海默病等.taVNS技术的进一步完善,必将造福更广泛的患者群.
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脑卒中偏瘫患者皮层下运动通路脑功能连接变化特点的fMRI研究
目的:利用静息态fMRI观察脑卒中偏瘫患者基底节核团的脑功能连接变化特点,为优化卒中后偏瘫的康复方案提供研究基础.方法:纳入脑梗死左侧肢体运动功能障碍患者21例,招募年龄、性别、文化程度相匹配的健康人20例.对所有受试者进行静息态功能核磁扫描,选取7对皮层下核团为种子点,比较患者与健康受试者种子点与全脑的功能连接度差异.结果:与健康受试者比较,患者功能连接下降主要为左侧尾状核与右侧额内侧回、颞叶、小脑后叶和尾状核,左侧额上回、顶叶和颞叶;右侧尾状核与左侧额中回、额叶、扣带回、小脑后叶、丘脑,右侧额中回;左侧壳核与右侧扣带回和丘脑;右侧壳核与左侧扣带回和丘脑;左侧丘脑与右侧额叶、颞叶和扣带回;右侧丘脑与左侧海马旁回、扣带回,右侧顶叶、楔前叶.功能连接增强主要见于右侧尾状核与右侧顶叶;右侧伏隔核与右侧苍白球;右侧苍白球与右侧顶叶和壳核;左侧苍白球与左侧枕中回.结论:处于恢复期的左侧肢体偏瘫患者双侧大脑皮质功能减弱与增强并存,皮层与基底节之间的功能连接变化呈现双侧大脑半球间减弱而半球内连接增强的规律.
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针刺心包经经穴对轻度抑郁症患者脑内以杏仁核为种子点的效应网络影响
目的:探讨针刺心包经劳宫、大陵、内关、间使、郄门5穴对轻度抑郁症患者脑内效应网络的影响.方法:对16例首发轻度抑郁症患者进行静息态fMRI扫描.包括:第1次纯静息态扫描(R1)、针刺上述5穴后扫描(AP)和第2次静息态扫描(R2),取杏仁核为种子点进行功能连接分析.结果:①R1、R2未出现,仅AP状态下与杏仁核功能连接显著减弱的差异脑区为右侧额上回和缘上回.②R1、AP未出现,仅R2状态下与杏仁核功能连接显著减弱的差异脑区为右侧额中回.③R1未出现,AP和R2状态下均与杏仁核功能连接显著减弱的差异脑区为右侧额上回、额中回,双侧楔前叶.结论:右侧额上回、额中回为针刺劳宫等穴后与杏仁核功能连接减弱的特异脑区,推测右侧额上回、额中回和杏仁核所形成的特异功能连接网络参与并加强对负性情绪的抑制调控,可能是针刺劳宫等穴干预抑郁症患者的中枢效应机制.
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基于静息态fMRI的电针对创伤后应激障碍患者功能连接网络影响研究
目的:探讨电针对创伤后应激障碍(PTSD)患者静息态脑功能连接网络的影响.方法:采用功能磁共振成像技术(fMRI),在电针治疗前后,利用功能连接分析方法分析静息状态下15例PTSD患者以双侧杏仁核为感兴趣区的全脑功能连接情况,并进行PTSD临床监测量表、焦虑自评量表、抑郁自评量表评分.结果:与治疗前相比,电针治疗后PTSD患者双侧杏仁核与全脑功能连接明显增强的脑区为眶回、前额叶,功能连接明显减弱的脑区为丘脑(P＜0.01,cluster＞20).结论:电针对PTsD患者临床症状及焦虑抑郁情绪状态有较好的改善作用,其机制可能与电针参与PTSD杏仁核功能连接网络的调节有关.
关键词： 创伤后应激障碍 电针 功能性磁共振成像技术 功能连接 杏仁核 -
观察电针手少阴心经穴前后不同状态静息态功能磁共振脑功能连接的变化
目的:观察电针心经穴前后3种状态(静息态、电针刺激态、拔针后效应态)脑功能连接的变化,为电针心经穴的中枢响应机制提供影像学依据.方法:选取符合纳入标准的健康受试者14名,采用静息态功能磁共振,获得电针心经穴前后3种状态的脑功能连接并分析其差异.结果:①静息状态下与双侧后扣带回存在功能连接的脑区有双侧小脑、额下回,左侧额中回、颞下回、楔前叶、枕中回及枕叶舌回,右侧中央前回、顶下小叶、海马旁回(P＜0.05).②与静息态比较,电针刺激态与拔针后效应态均出现脑内功能连接增强、负激活及新激活脑区.③与拔针后效应态比较,电针刺激态出现脑内功能连接增强和负激活脑区.结论:①大脑在清醒、安静的无任务状态下存在一定的功能活动.②电针心经穴前后脑区有不同的中枢响应效应,提示心经穴发挥作用可能是通过激活某些特定脑区实现的,但其中枢调控的特异性还有待进一步研究.③电针对脑活动的影响不仅存在即刻效应,还有后续效应,电针刺激及其后续效应可能是通过影响神经网络而发挥临床作用的.
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电针对创伤后应激障碍患者静息态脑功能连接网络的影响
目的:探讨电针治疗创伤后应激障碍(PTSD)的中枢调控机制.方法:以14例PTSD患者为研究对象,采用“调神醒脑”针法,即以百会、神庭为主穴,四神聪、风池为配穴进行针灸治疗.针刺得气后连接韩氏穴位神经刺激仪,每次治疗30 min,每周3次(隔日1次),连续治疗12周.分别于治疗前及治疗12周结束时,对PTSD患者PTSD临床监测量表(clinician administered PTSD scale,CAPS)、焦虑自评量表(self-rating anxiety scale,SAS)、抑郁自评量表(self-rating depression scale,SDS)进行评定;使用Siemens 3.0T磁共振成像系统进行静息态扫描,以双侧海马作为感兴趣区,进行全脑功能连接分析.结果:电针治疗后,患者CAPS、SAS、SDS量表评分均较治疗前下降(均P＜0.05);双侧海马与右侧中央后回、左侧顶上小叶存在功能连接增强(2.3＜Z＜4.0,P＜0.05),左侧海马旁回和右侧杏仁核的连接被抑制.结论:电针对PTSD的症状改善具有一定的作用,其机制可能与增强顶叶与海马的联系,抑制海马与海马旁回、杏仁核的功能连接,间接影响其他边缘系统相关脑区的功能有关.
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基于Lasso特征选择的自闭症预测
目的 寻找自闭症(autism spectrum disorders,ASD)的客观生物标记以辅助临床诊断.静息态功能连接(resting?state functional connectivity,RSFC)反映了大脑不同脑区神经活动模式间的时间相关性,研究者常从RSFC中探索识别ASD的生物标记,然而大部分方法还不能有效选出具有识别力的RSFC.本文采用小绝对值收缩与选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,Lasso)来选择ASD组和正常发育组之间具有显著性差异的RSFC特征.方法 首先基于Pearson相关分析提取RSFC特征,并进行阈值化处理保留具有较大正相关值的RSFC.然后采用Lasso方法提取有识别能力的RSFC,后利用支持向量机进行ASD分类,并主要以分类准确率指标对分类性能进行评估.结果 基于Lasso方法进行特征选择后,ASD分类准确率为81.52％,同时找出了能显著区分ASD儿童与正常儿童的RSFC.结论 基于Lasso特征选择的方法提高了对ASD的识别准确率,识别的生物标记有潜力应用于临床诊断.
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基于功能连接的屈光参差性弱视视觉网络损伤研究
目的 基于功能连接算法分析屈光参差性弱视和正常对照组的功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)数据,通过对比弱视患者脑部自发活动的视觉网络功能连接异常,揭示其视觉损伤机制.方法 在闭眼静息条件下采集21名弱视成年人和21名正常对照组的fMRI数据,进行去噪、校正等预处理后,计算初级视觉网络、高级视觉网络和视觉空间网络3个典型的视觉网络内和网络间的功能连接系数,并采用双样本t检验进行统计分析.结果 屈光参差性弱视与正常对照组在初级视觉网络中差异无统计学意义,在高级视觉网络和视觉空间网络中差异具有统计学意义,并且它们网络之间的功能连接差异也无统计学意义.结论 基于功能连接的静息态功能磁共振分析是有效的非侵入式脑区功能性连接异常研究方法,能够反映屈光参差性弱视不同视觉网络的自发脑部活动脑区异常表现,对于弱视致病机制模型研究和提出新的治疗方法都有重要启发.
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不同大脑分区下注意缺陷多动障碍分类研究
目的 注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)是一种常见的影响儿童行为能力的精神疾病,但由于缺乏有力的客观依据判断发病机制,因而临床上诊断与治疗存在一定难度.从脑功能研究ADHD的发病机制是一个热点,特别是从基于感兴趣区域提取特征进行分类研究.为方便找出感兴趣区域,研究者们根据解剖或功能将大脑进行区域划分,常用的脑分区有6种,但还没有研究证明哪一种脑分区适用于ADHD分类研究.因此本文将对不同大脑分区下注意缺陷多动障碍分类研究,以判断哪种分类效果好.方法 本实验采用ADHD-200大赛的数据样本,将数据分为12组,每种大脑分区下包含一组训练集和一组测试集.首先基于静息态fMRI对6种不同大脑分区的训练集进行功能连接计算、特征分类、特征选择,然后利用测试者检验得到6种分类模型的分类性能并做统计分析.结果 实验结果显示每种大脑分区下的训练集得到的分类准确率,并比较每种大脑分区下的测试集的分类性能,综合分析总结出AAL大脑分区的分类性能好,分类准确率达到63.16％.结论 在6种大脑分区下,AAL大脑分区是目前适合用于研究ADHD的大脑分区方法.
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基于静息状态的功能磁共振成像
基于静息状态的功能磁共振成像已经成为当前人脑功能研究的重要手段之一.本文首先介绍了基于静息状态功能磁共振成像人脑功能研究的历史和现状,包括对正常人脑功能的研究和对病理状态下的人脑功能异常研究.然后介绍了基于静息状态功能磁共振成像的两种主要的数据分析方法:功能连接分析和慢波振荡特性分析.
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基于fNIRS的脑功能连接研究综述
脑功能连接是指脑皮质区域间在神经生理活动上的相互关联,在大脑功能分析中具有重要的地位和作用.功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种新兴的神经影像学工具在脑功能连接的研究领域中愈加受到重视.本文首先简要介绍了fNIRS应用于脑功能检测的基本原理,并结合fMRI从多角度分析了fNIRS应用在静息态脑功能连接研究中的优势与可行性,然后重点介绍了脑功能连接的两种主要分析方法——种子相关分析和基于图论的静息态复杂脑网络分析,后讨论了基于fNIRS的脑功能连接在认知障碍及相关疾病研究中的应用,使读者对基于fNIRS的脑功能连接的基本理论、研究方法及发展现状有一个较为清晰全面的了解.
关键词： 功能性近红外光谱技术 功能连接 复杂脑网络 图论 小世界特性 -
脑梗死运动性失语患者语言任务fMRI功能连接初步研究
目的 对脑梗死运动性失语患者进行词语联想任务下的功能连接研究,探讨语言任务相关脑区在运动性失语后的功能连接变化形式及神经机制.方法 采用1.5 T磁共振扫描仪对10例脑梗死后运动性失语患者[均为男性,年龄43～77岁,平均(56.7±8.6岁)]及10名正常志愿者[均为男性,年龄46～74岁,平均(56.2±9.0)岁]行词语联想任务下的功能磁共振成像(fMRI)数据采集,应用SPM2,AFNI、Matlab软件进行预处理和统计分析,并根据正常人激活结果选择左侧额下回后部激活区作为功能连接的种子点,[中心区蒙特利尔神经研究所(MNI)坐标为“-51、9、21”],与全脑其他所有体素的时间序列做相关分析.采用单样本t检验和两样本t检验进行组内和组间分析,统计阈值设定为voxel＞ 30,P＜0.001(未校正).结果 对照组与种子点正相关的脑区主要包括左侧额下回、额中回、岛叶,左侧楔前叶、顶下小叶,左侧颞中回,左侧基底节,左侧丘脑,右侧额下回、额中回、岛叶,右侧颞下回、颞上回,双侧辅助运动区(SMA),右侧顶下小叶.患者组与种子点正相关的脑区主要包括左侧额下回后部、左岛叶,左侧中央后回,左侧顶下小叶.对照组与种子点的相关性大于患者组的脑区包括右侧颞中回、颞上回,右侧额下回,SMA.患者组与种子点的相关性大于对照组的脑区为左侧外侧裂周围区,包括左侧岛叶、左侧额下回.结论 .左侧额下回后部与右侧半球失去功能连接是运动性失语发生的一种神经机制.左侧外侧裂周围区对失语早期语言功能的维持有重要作用.
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首发精神分裂症患者杏仁核静息态功能连接与情绪调节的相关性
目的:探讨首发精神分裂症患者静息状态下杏仁核的功能连接特点,及其与情绪调节的关系.方法:纳入符合ICD-10精神分裂症诊断标准的38例首发患者及年龄、性别、受教育程度匹配的45例正常对照.采用中文版精神分裂症认知功能成套测验(MCCB)中的情绪管理分测验评估被试的社会认知功能.被试均进行静息态功能磁共振成像扫描,以杏仁核为种子点进行功能连接分析,比较患者组和正常对照组之间的差异,并分析功能连接强度与情绪管理的相关性.结果:与正常对照组相比,患者组左侧杏仁核与左侧前扣带回的正性功能连接降低,与左侧枕中回和右侧颞中回正性功能连接增强,与右内侧额上回负性功能连接增强(均P＜0.005,AlphaSim校正,体素值＞25);右侧杏仁核与右侧楔前叶负性功能连接减弱(P ＜0.005,Al-phaSim校正,体素值＞25).偏相关分析结果显示,患者组右侧杏仁核与右侧楔前叶的功能连接与情绪管理分测验呈负相关(r=-0.56,P＜0.01).结论:本研究显示静息态下首发精神分裂症患者杏仁核功能连接网络模式存在异常,其中右侧杏仁核与右侧楔前叶的负连接减弱可能与患者的情绪调节功能异常有关.
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6～18岁孤独症个体不同年龄组心理推理能力相关脑区功能连接的差异
目的:分析社会认知中心理推理能力(ToM)相关重要脑区与其他脑区功能连接的随年龄发育模式,探讨孤独症核心症状社会交往障碍的脑机制.方法:43例6～18岁符合美国精神障碍诊断与统计手册第4版孤独症诊断标准的患者及年龄、性别组间匹配的39例正常对照,选取背内侧前额叶(dMPFC)、左侧颞顶联合(ITPJ)、右侧颞顶联合(rTPJ)和右侧颞上沟(rSTS)4个ToM相关的重要脑区,计算其与全脑体素之间的功能连接,通过单变量方差分析探索感兴趣区域的功能连接在被试中的组别及年龄交互作用;并将被试根据年龄分为儿童期(6.0～11.9岁)和青春期(12.0 ～ 18.0岁),探讨不同年龄段的组间差异.结果:rTPJ与右侧缘上回及左侧顶下小叶的功能连接、rSTS与双侧额上/中回的功能连接均呈现出组别与年龄的交互作用(校正后P＜ 0.05);其中,在儿童期,孤独症患者rTPJ与右侧缘上回及左侧顶下小叶的功能连接大于正常对照组(P＜0.05);而青春期,rTPJ和rSTS存在显著交互效应的功能连接均小于正常对照组(均P ＜0.05).结论:6～18岁孤独症个体在rTPJ及rSTS两个关键脑区的功能连接中表现出多效性的非典型发育模式,该发育模式可能与孤独症患者异常的ToM有关.
