阿尔茨海默病患者脑网络拓扑属性与功能连接模式研究
发布时间：2021-08-21 19:51
阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease,AD）是一种以认知能力衰退为特征的神经退行性疾病。随着神经影像学的发展,基于图论的网络分析技术一直被用来表征人脑网络的内在组织结构。尽管大量的研究已经在AD患者中发现了异常的脑网络分离与整合,但AD患者脑网络的模块化组织仍存在很大未知。而且AD患者的功能连通性网络（Functional connectivity network,FCN）和高阶功能连通性网络（High-order functional connectivity network,HOFCN）通常被单独检测,存在不同的结果。因此,本文在传统功能脑网络的基础上,构建了高阶脑网络,并检查其模块化组织,提出了新的检测指标,为理解AD的病理生理学机制提供了新的方向。具体工作如下:第一,提出了一种基于谱优化的高阶脑网络差异检测算法。本文获取了被试脑区时间序列,计算Pearson相关得到低阶功能脑网络。并通过计算低阶网络拓扑特征的相关性得到高阶脑网络,并使用谱优化算法识别网络模块。除此之外,基于图论分析脑网络异常,找出异常的脑网络特征。结果表明,与健康对照（Healthy contr...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文结构安排
第2章神经影像学与图论5第2章神经影像学与图论2.1神经影像学随着神经影像学的飞速发展，人们对于大脑的研究已经从临床尸体解剖转变成通过医学影像来获取活体被试的大脑图像。这使得人们可以在不用对被试进行损伤的同时，轻松的通过对脑图像进行处理来获取各项指标。此外，神经影像的出现也降低了大脑研究分析的门槛，为所有研究者提供一个更加清晰、直观的活体大脑内部结构，使得各个交叉领域也可以共同交流分析。总的来说，神经影像学的发展为人类大脑研究注入了强大的动力。常见的神经成像技术多种多样，其中主要包括：fMRI、sMRI、NIRS、EEG、MEG和正电子发射断层扫描（PositronEmissionTomography，PET）等。这些技术都为脑图像的获取提供了一种非侵入式的方法。其中，fMRI能映射出大脑自发神经活动的活跃程度，sMRI中包括大量的脑组织结构与形态学特征，PET则可以用于研究大脑代谢的异常。许多fMRI的研究发现AD患者的DMN中出现明显异常的神经活动[41]。而sMRI的研究发现了AD患者部分灰质区域形态学上的改变，如灰质萎缩和皮质变薄等[42]。除此之外还包括神经元放电信号（Spikes）和皮层电位（Electrocorticography，ECoG）技术等有创的方法。这些技术的应用选择取决于对疾病特征的需求以及疾病的发展阶段等。图2.1展示了常见的多模态影像。图2.1常见的多模态影像本文主要针对fMRI数据做出分析，fMRI是一种新兴的神经成像方法，可以通过测量神经元激活所引起的血液动力的改变与代谢活动的关系来映射大脑活动。在大脑活动增强时，脑内神经元的耗氧量就会随之增加，在血液中的氧气含量就会减少。而氧气需要依靠红细胞中的血红蛋白为载体，与之形成氧合血红蛋白来完成运输。因此，在大脑活动增
。这不仅导致神经激活区域脑血流的改变，局部血液中脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的浓度，以及血容积都会发生改变。而由于脱氧血红蛋白中含有不配对的电子，所以是一种内在的顺磁性对比剂。而氧合血红蛋白与其相反，具有逆磁性。因此，通过对这些具有顺磁性和逆磁性的对比剂进行磁共振成像，就可以映射出大脑的神经活动。其中，BOLD信号是一种混合型信号，其测量的是氧合与脱氧血红蛋白之间的比例。为了解决不同的问题，人们在BOLD信号的基础上又引入了其他的成像方法，包括：实时功能磁共振成像和光遗传学功能磁共振成像等。图2.2血液动力学响应和fMRI信号AD患者在神经病变过程中会引起各脑区之间功能连通性的改变，人们通常使用rs-fMRI数据来研究这种连接异常。而rs-fMRI是通过BOLD信号来测量脑内神经活动。已有大量的研究揭示了人在无任务状态时脑内的静息态网络[43]，其主要由BOLD信号的时间和空间相关构成，用来参与人脑功能模块的构成，如：视觉、语言、DMN和运动区域等[44]。由于rs-fMRI的研究发现，导致DMN区域越来越受到人们的关注。DMN也叫做“task-negative”网络，它在人脑处于无任务状态时内在活动增强[26]。有研究表明，人脑的功能网络变化在临床症状出现之前就己经出现。对于这些神经影像学的研究促使本文更好的理解患者病理生理上的改变，为AD患者的诊断和治疗提供了很好的参考方案。但是，这些神经影像数据并不能完全捕捉疾病的一些细微改变。因此，使用神经影像学研究AD病变过程与发病机制仍极具挑战性。2.2图论与rs-fMRI人脑是由大量的神经元相连而成，其构成的复杂网络是人脑实现各项功能的基矗如今，越来越多的研究者认识到构建人脑网络的重要性，并且在这方面也进行了许多探索。人们常将大脑划分为90个区域，并将区域间相关作
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿尔茨海默病患者默认网络社团结构的分析[J]. 崔晓红,肖继海,相洁,陈俊杰. 中国生物医学工程学报. 2020(01)
[2]阿尔茨海默病和轻度认知障碍患者脑网络变化特点的研究进展[J]. 尹文文,余先锋,孙中武. 国际神经病学神经外科学杂志. 2019(04)
[3]阿尔茨海默病患者脑网络间交互作用异常的静息态fMRI研究[J]. 马文洁,赵小虎,王湘彬,刘浩,亓慧慧. 同济大学学报(医学版). 2019(01)
[4]静息态功能连接网络对大脑不同水平认知衰退的研究进展[J]. 刘亚男,陈元园,沙淼,綦宏志,明东,周鹏. 生物医学工程学杂志. 2017(04)
[5]世界阿尔茨海默病发展现状[J]. 王荫华,纪勇. 中国现代神经疾病杂志. 2015(07)
[6]精神分裂症患者脑结构网络节点度及其核心节点分布属性研究[J]. 陈建淮,姚志剑,秦姣龙,汤浩,阎锐,花玲玲,卢青. 中华行为医学与脑科学杂志. 2014 (12)
[7]静息态功能脑网络差异指标分析及抑郁症分类应用[J]. 郭浩,刘文钊,刘志芬,曹晓华,陈俊杰. 计算机应用与软件. 2014(12)
[8]默认模式网络在神经精神类疾病诊断中的研究进展[J]. 张勇,邹忆怀. 医学研究生学报. 2014(07)
[9]人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络[J]. 梁夏,王金辉,贺永. 科学通报. 2010(16)
硕士论文
[1]阿尔茨海默病患者脑功能网络小世界属性改变及其与认知功能的相关性研究[D]. 陈淑娟.安徽医科大学 2019
[2]轻度认知障碍与阿尔茨海默病的静息态功能磁共振成像研究[D]. 颜虹杰.宁夏医科大学 2013
[3]静息态BOLD-fMRI在轻度认知障碍和阿尔茨海默病中的应用[D]. 刘敏.山西医科大学 2012
本文编号：3356233
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文结构安排
第2章神经影像学与图论5第2章神经影像学与图论2.1神经影像学随着神经影像学的飞速发展，人们对于大脑的研究已经从临床尸体解剖转变成通过医学影像来获取活体被试的大脑图像。这使得人们可以在不用对被试进行损伤的同时，轻松的通过对脑图像进行处理来获取各项指标。此外，神经影像的出现也降低了大脑研究分析的门槛，为所有研究者提供一个更加清晰、直观的活体大脑内部结构，使得各个交叉领域也可以共同交流分析。总的来说，神经影像学的发展为人类大脑研究注入了强大的动力。常见的神经成像技术多种多样，其中主要包括：fMRI、sMRI、NIRS、EEG、MEG和正电子发射断层扫描（PositronEmissionTomography，PET）等。这些技术都为脑图像的获取提供了一种非侵入式的方法。其中，fMRI能映射出大脑自发神经活动的活跃程度，sMRI中包括大量的脑组织结构与形态学特征，PET则可以用于研究大脑代谢的异常。许多fMRI的研究发现AD患者的DMN中出现明显异常的神经活动[41]。而sMRI的研究发现了AD患者部分灰质区域形态学上的改变，如灰质萎缩和皮质变薄等[42]。除此之外还包括神经元放电信号（Spikes）和皮层电位（Electrocorticography，ECoG）技术等有创的方法。这些技术的应用选择取决于对疾病特征的需求以及疾病的发展阶段等。图2.1展示了常见的多模态影像。图2.1常见的多模态影像本文主要针对fMRI数据做出分析，fMRI是一种新兴的神经成像方法，可以通过测量神经元激活所引起的血液动力的改变与代谢活动的关系来映射大脑活动。在大脑活动增强时，脑内神经元的耗氧量就会随之增加，在血液中的氧气含量就会减少。而氧气需要依靠红细胞中的血红蛋白为载体，与之形成氧合血红蛋白来完成运输。因此，在大脑活动增
。这不仅导致神经激活区域脑血流的改变，局部血液中脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的浓度，以及血容积都会发生改变。而由于脱氧血红蛋白中含有不配对的电子，所以是一种内在的顺磁性对比剂。而氧合血红蛋白与其相反，具有逆磁性。因此，通过对这些具有顺磁性和逆磁性的对比剂进行磁共振成像，就可以映射出大脑的神经活动。其中，BOLD信号是一种混合型信号，其测量的是氧合与脱氧血红蛋白之间的比例。为了解决不同的问题，人们在BOLD信号的基础上又引入了其他的成像方法，包括：实时功能磁共振成像和光遗传学功能磁共振成像等。图2.2血液动力学响应和fMRI信号AD患者在神经病变过程中会引起各脑区之间功能连通性的改变，人们通常使用rs-fMRI数据来研究这种连接异常。而rs-fMRI是通过BOLD信号来测量脑内神经活动。已有大量的研究揭示了人在无任务状态时脑内的静息态网络[43]，其主要由BOLD信号的时间和空间相关构成，用来参与人脑功能模块的构成，如：视觉、语言、DMN和运动区域等[44]。由于rs-fMRI的研究发现，导致DMN区域越来越受到人们的关注。DMN也叫做“task-negative”网络，它在人脑处于无任务状态时内在活动增强[26]。有研究表明，人脑的功能网络变化在临床症状出现之前就己经出现。对于这些神经影像学的研究促使本文更好的理解患者病理生理上的改变，为AD患者的诊断和治疗提供了很好的参考方案。但是，这些神经影像数据并不能完全捕捉疾病的一些细微改变。因此，使用神经影像学研究AD病变过程与发病机制仍极具挑战性。2.2图论与rs-fMRI人脑是由大量的神经元相连而成，其构成的复杂网络是人脑实现各项功能的基矗如今，越来越多的研究者认识到构建人脑网络的重要性，并且在这方面也进行了许多探索。人们常将大脑划分为90个区域，并将区域间相关作
【参考文献】：
期刊论文
[1]阿尔茨海默病患者默认网络社团结构的分析[J]. 崔晓红,肖继海,相洁,陈俊杰. 中国生物医学工程学报. 2020(01)
[2]阿尔茨海默病和轻度认知障碍患者脑网络变化特点的研究进展[J]. 尹文文,余先锋,孙中武. 国际神经病学神经外科学杂志. 2019(04)
[3]阿尔茨海默病患者脑网络间交互作用异常的静息态fMRI研究[J]. 马文洁,赵小虎,王湘彬,刘浩,亓慧慧. 同济大学学报(医学版). 2019(01)
[4]静息态功能连接网络对大脑不同水平认知衰退的研究进展[J]. 刘亚男,陈元园,沙淼,綦宏志,明东,周鹏. 生物医学工程学杂志. 2017(04)
[5]世界阿尔茨海默病发展现状[J]. 王荫华,纪勇. 中国现代神经疾病杂志. 2015(07)
[6]精神分裂症患者脑结构网络节点度及其核心节点分布属性研究[J]. 陈建淮,姚志剑,秦姣龙,汤浩,阎锐,花玲玲,卢青. 中华行为医学与脑科学杂志. 2014 (12)
[7]静息态功能脑网络差异指标分析及抑郁症分类应用[J]. 郭浩,刘文钊,刘志芬,曹晓华,陈俊杰. 计算机应用与软件. 2014(12)
[8]默认模式网络在神经精神类疾病诊断中的研究进展[J]. 张勇,邹忆怀. 医学研究生学报. 2014(07)
[9]人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络[J]. 梁夏,王金辉,贺永. 科学通报. 2010(16)
硕士论文
[1]阿尔茨海默病患者脑功能网络小世界属性改变及其与认知功能的相关性研究[D]. 陈淑娟.安徽医科大学 2019
[2]轻度认知障碍与阿尔茨海默病的静息态功能磁共振成像研究[D]. 颜虹杰.宁夏医科大学 2013
[3]静息态BOLD-fMRI在轻度认知障碍和阿尔茨海默病中的应用[D]. 刘敏.山西医科大学 2012
本文编号：3356233
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