人类和猕猴伏隔核连接组图谱的构建和跨物种比较

发布时间：2023-04-22 22:22

　　伏隔核是大脑的重要皮下核团,在促进生物体犹豫状态下选择最佳动作方面发挥着重要作用,也是深脑刺激和新型生物疗法治疗神经和精神类疾病的重要靶点。传统组织学和解剖学对伏隔核的边界和内部异质性已有深入研究,提出伏隔核的经典壳-核二分法,并指出它们在促进最佳动作选择过程中相反的行为模式。然而,早期解剖规范定义的伏隔核及其亚区并非连接上的同质区域,不能作为影像连接分析中最佳节点选择,利用脑连接信息实现伏隔核的边界识别和伏隔核的精细划分,并刻画出这些脑区的功能和解剖连接模式,来构建具有明确生物学意义的伏隔核连接组图谱亟待解决,可以为研究伏隔核复杂结构和功能做导航。另外,目前有关伏隔核的认知大都源于动物实验,这些认知是否可以直接转化到人类犹未可知,跨物种比较可以识别物种共有及特有的大脑组织方式,帮助分析实验结论在物种间推广的可行性以及人类特有的高级认知功能等,如前额叶是伏隔核的主要皮层投射源,人类前额叶的异常进化膨胀可能导致这一投射连接的异常变化,进而影响到一些功能的表达。宏观层面上,随着近几年多物种影像数据的积累和公开,比较影像学新技术和方法渐被提上日程,已成为脑科学基础研究的热点。然而,现阶段的比...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 脑图谱
            1.2.1.1 构筑图谱
            1.2.1.2 标准空间和标准模板
            1.2.1.3 连接组图谱
        1.2.2 伏隔核
            1.2.2.1 历史
            1.2.2.2 组织结构
            1.2.2.3 连接和功能
        1.2.3 比较影像学
            1.2.3.1 背景
            1.2.3.2 方法和成果
            1.2.3.3 缺陷和展望
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本文章节的组织结构
第二章 伏隔核连接单元的识别
    2.1 问题分析
        2.1.1 传统侵入式技术定义的伏隔核区域
        2.1.2 方法学基础的考量
        2.1.3 早期纹状体分区研究
        2.1.4 跨物种比较研究现状
    2.2 实验数据和方法
        2.2.1 人脑影像数据选取
            2.2.1.1 HCP数据基本信息
            2.2.1.2 基于伏隔核区域的局部配准法
            2.2.1.3 验证配准方法
            2.2.1.4 分区实验的被试选取
        2.2.2 猕猴大脑标本制作和脑影像数据采集
            2.2.2.1 猕猴标本制备
            2.2.2.2 猕猴高分辨影像采集
            2.2.2.3 猕猴影像数据质量检查及可用性分析
        2.2.3 磁共振数据预处理
            2.2.3.1 结构像预处理
            2.2.3.2 弥散像预处理
        2.2.4 基于连接划分脑区的一般流程
        2.2.5 定义感兴趣区域
        2.2.6 大脑概率跟踪和纤维重建
        2.2.7 基于解剖连接构筑的分区
        2.2.8 伏隔核连接单元界定
            2.2.8.1 基于概率跟踪连接的纹状体迭代式分区
            2.2.8.2 连接特征验证伏隔核连接单元
        2.2.9 人类与猕猴伏隔核的可比较性
            2.2.9.1 量化的位置对应关系
            2.2.9.2 解剖连接模式的可比较性
    2.3 实验结果
        2.3.1 猕猴伏隔核连接单元的界定
        2.3.2 人类伏隔核连接单元的界定
        2.3.3 物种间伏隔核的可比较性
    2.4 结果讨论
    2.5 本章小结
第三章 伏隔核连接组图谱构建
    3.1 问题分析
        3.1.1 伏隔核的异质性
        3.1.2 伏隔核亚区的连接和功能
        3.1.3 多模态分区法
        3.1.4 本章工作
    3.2 实验数据和方法
        3.2.1 影像数据来源
        3.2.2 静息态功能像预处理
            3.2.2.1 人脑功能像预处理
            3.2.2.2 猕猴脑功能像预处理
        3.2.3 活体猕猴脑影像数据采集
        3.2.4 基于多模态连接的人脑伏隔核分区
            3.2.4.1 基于纤维概率跟踪连接的伏隔核分区
            3.2.4.2 基于静息态功能连接的伏隔核分区
            3.2.4.3 基于任务态共激活模式的伏隔核分区
            3.2.4.4 多模态伏隔核分区结果整合
        3.2.5 人脑伏隔核亚区连接的刻画
            3.2.5.1 解剖连接
            3.2.5.2 静息态功能连接
            3.2.5.3 共激活模式
        3.2.6 人脑伏隔核亚区连接上的比较
        3.2.7 高分辨猕猴弥散像下的伏隔核精细分区
            3.2.7.1 猕猴伏隔核精细划分
            3.2.7.2 猕猴伏隔核亚区连接模式的刻画和比较
    3.3 研究结果
        3.3.1 人脑伏隔核多模态分区
        3.3.2 人脑伏隔核亚区连接的刻画与比较
            3.3.2.1 解剖连接
            3.3.2.2 静息态功能连接
            3.3.2.3 共激活
            3.3.2.4 多模态连接
        3.3.3 猕猴伏隔核精细分区
        3.3.4 猕猴伏隔核亚区的刻画与比较
            3.3.4.1 二分结构
            3.3.4.2 四分结构
    3.4 结果讨论
    3.5 本章小结
第四章 伏隔核壳-核连接上的物种差异
    4.1 问题分析
        4.1.1 问题提出
        4.1.2 跨物种比较
        4.1.3 本章工作
    4.2 实验数据和方法
        4.2.1 确定比较内容和比较特征
        4.2.2 数据准备
            4.2.2.1 数据源和数据预处理
            4.2.2.2 功能数据质量检查
        4.2.3 构建连接指纹图框架
            4.2.3.1 构建原则
            4.2.3.2 构建过程
        4.2.4 描绘连接上具有可比性的目标区域
            4.2.4.1 描绘思路
            4.2.4.2 描绘过程
        4.2.5 计算指纹图进行跨物种比较
        4.2.6 单个连接的比较
    4.3 研究结果
        4.3.1 连接指纹图框架
        4.3.2 目标区域范围重定义
        4.3.3 跨物种比较：连接指纹图
        4.3.4 跨物种比较：单个连接
    4.4 结果讨论
    4.5 本章小结
第五章 高精度跨物种比较研究
    5.1 问题分析
        5.1.1 跨物种研究现状
        5.1.2 跨物种研究趋势
        5.1.3 方法可行性分析
        5.1.4 本章工作
    5.2 实验方法
        5.2.1 构建体素层面上的映射关系
            5.2.1.1 构建过程
            5.2.1.2 基于形态特征的体素映射
        5.2.2 量化物种间脑区的位置对应关系
        5.2.3 物种间脑区连接上的可比较性
            5.2.3.1 数据准备和比较特征选择
            5.2.3.2 种子区
            5.2.3.3 高精度特征的计算和跨物种比较
        5.2.4 基于高精度功能连接特征的跨物种映射
            5.2.4.1 实验材料
            5.2.4.2 基于高精度连接特征的体素映射
    5.3 研究结果
        5.3.1 皮下区域体素层面上的位置映射
        5.3.2 物种间皮下区域的位置映射
        5.3.3 物种间区域连接上的可比较性
        5.3.4 物种间皮下区域基于高精度连接特征的映射
    5.4 结果讨论
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 存在的问题和后续工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的科研成果
独创性声明



本文编号：3798509