基于多模态MRI的左右利手脑结构和脑功能对比研究

发布时间：2020-05-29 22:18

【摘要】：目的:利手又称为“优势手”,即在工作与生活中惯用或者善用的手。左右利手者具有一些不同的行为学特征,且存在脑结构和脑功能方面的差异。但是左右利手者脑白质宏观结构与微观结构、脑功能与脑结构等差异之间是否存在关联,及存在何种关联尚不清楚。本研究采用多模态磁共振成像数据分析方法对比研究左右利手人群脑灰质体积、脑白质宏观及微观结构、脑功能活动的组间差异及关联性,为阐明人脑结构、脑功能与行为习惯、行为特征间的神经关联及脑神经机制提供实验依据。材料与方法:本研究招募了天津医科大学55例本科生或研究生,包含23名左利者(13男,年龄19-29岁,利手评分-66.52±2.09)和32名右利者(16男,年龄22-30岁,利手评分95.31±1.77),对各被试进行脑结构和脑功能磁共振成像扫描。本研究包含三部分,第一部分:采用基于体素的形态学(voxel-based morphometry,VBM)分析方法、体素的弥散张量定量分析(voxel-based analysis,VBA)方法、形变的形态学(deformation-based morphometry,DBM)测量方法,对比研究左右利手组脑灰、白质体积及体积半脑偏侧化、脑结构体积形变、脑白质水分子扩散各向异性分数(fractional anisotropy,FA)和平均弥散系数(mean diffusivity,MD)的组间差异。分别将脑白质体积、FA、MD组间差异脑区作为感兴趣区(region of interest,ROI),采用基于ROI的确定性纤维束追踪方法,比较左右利手者穿过单个ROI的纤维束各指标的组间差异。第二部分:分析左右利手者静息态脑功能磁共振信号低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF)和局部一致性(regional homogeneity,ReHo)的组间差异,并采用功能连接密度图(functional connectivity density mapping,FCDM)法对比研究左右利手者大脑短程和长程功能连接密度(functional connectivity density,FCD)的组间差异。进一步将多种分析方法得到的组间差异位置相近脑区的交集脑区作为种子点,进行全脑静息态功能连接(resting-state functional connectivity,rsFC)分析。第三部分:采用Pearson相关性分析方法,观测左右利手者脑白质体积、FA、MD组间差异脑区内各指标间的相关性,分析脑白质结构宏观变化与微观变化之间的关联性;分析脑体积形变组间差异脑区内形变量与脑灰质体积、脑白质体积变化之间的关联性;将左右利手者ALFF、ReHo、短程FCD、长程FCD等脑功能活动指标组间差异位置相近脑区取交集并提取各功能指标平均值,检测功能指标变化之间的相关性;将左右利手者脑灰质结构和脑功能活动指标组间差异位置相近脑区取交集并提取各结构和功能指标平均值,分析脑灰质结构变化与脑功能变化之间的关联性。结果:脑功能比较:与右利手组相比,左利手组左侧楔前叶ALFF、短程FCD和长程FCD值均增高;左利手组右侧前扣带回、左侧顶上回、顶下回ALFF、ReHo值均增高,且右侧前扣带回、左侧顶下回脑区内ALFF值和ReHo值均呈显著正相关。脑灰质结构比较:左利手组左侧顶下回脑灰质体积较大且该脑区脑灰质体积左向半脑偏侧化程度更大。尽管左侧顶下回脑功能和脑灰质体积均存在组间差异,但该脑区脑灰质体积增大与ALFF、ReHo功能指标值增高之间无显著相关性。脑白质结构比较:左利手组双侧胼胝体压部脑白质体积较小,且右侧胼胝体压部脑白质体积与脑区内FA值呈显著正相关;左利手组左侧中央后回下部、岛叶上缘、右侧海马脑区内FA值增加,MD值降低,且各脑区内FA值与MD值均呈显著负相关,分别通过这些脑区的纤维束FA值也均增加,左侧中央后回下部和岛叶上缘脑区的纤维束长度和条数增大,右侧海马脑区的纤维束长度增加。结论:1、左右利手人群多个脑区的脑功能与脑结构存在差异,且既存在宏观结构差异,也存在微观结构差异。2、左右利手人群左侧顶下回脑灰质结构和脑功能均存在差异,左利手人群左侧顶下回脑灰质体积较大,脑功能活动较强,可能与左利手者空间感觉能力强有关,但脑功能与脑灰质结构变化之间无显著相关性。3、左利手人群右侧胼胝体压部脑白质体积较小,且该脑区内脑白质体积与FA值呈正相关,提示利手相关的脑结构宏观变化与微观变化之间存在一定的关联性。4、左利手人群左侧楔前叶神经活动更强,与其他脑区功能连接更加广泛,提示左利手者楔前叶神经枢纽作用可能更强。5、左利手人群左侧中央后回下部、右侧海马脑区内FA值较大,穿过这些脑区的纤维束致密性、完整性、平行性较右利手人群好,提示日常行为对脑白质结构发育可塑性存在影响。
【图文】：

体积,右利手,胼胝体压部,左利手

手组脑灰质体积组间差异脑区轴状面图。t 值为正表右利手组，反之表示左利手组脑灰质体积小于右利手积的组间差异M 分析方法的左右利手组脑白质体积组间差异结果显手组双侧胼胝体压部脑白质体积显著减小，见表 2.2表 2.2 左右利手组脑白质体积组间差异脑区脑区团块 MNI 坐标 t 值a体素大小 x y z左侧胼胝体压部 53 -15 -57 13.5 -5.160右侧胼胝体压部 104 18 -42 12 -3.654：P<0.001，团块簇≥40。MNI 坐标为该脑区团块 t 值。at 值为负表示左利手组脑白质体积小于右利手组。

平面图,体积,左利手,平面图

2.1 左右利手组脑灰质体积组间差异脑区轴状面图。t 值为正表示左利手组质体积大于右利手组，反之表示左利手组脑灰质体积小于右利手组。. 脑白质体积的组间差异基于 VBM 分析方法的左右利手组脑白质体积组间差异结果显示，与右利相比，左利手组双侧胼胝体压部脑白质体积显著减小，见表 2.2、图 2.2。表 2.2 左右利手组脑白质体积组间差异脑区脑区团块 MNI 坐标 t 值a体素大小 x y z左侧胼胝体压部 53 -15 -57 13.5 -5.160右侧胼胝体压部 104 18 -42 12 -3.654：统计阈值：P<0.001，，团块簇≥40。MNI 坐标为该脑区团块 t 值最大的体素准空间坐标。at 值为负表示左利手组脑白质体积小于右利手组。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;R445.2

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