顶叶脑图谱构建及应用

发布时间：2017-04-15 19:14

  本文关键词：顶叶脑图谱构建及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大脑是人体最复杂的系统之一,人类对其组织结构和功能定位的探索由来已久。早在18世纪时,就有学者建立了大脑机能分区学说,这也成为了脑图谱的雏形。到了20世纪初,脑图谱的研究诞生了奠基性的成果。1909年,Brodmann脑图谱发表,引领了此后脑图谱研究的快速发展。脑图谱的出现和不断完善对脑科学及临床研究都具有重要意义。脑图谱一直以来都是研究脑的结构和功能的重要工具,它能为我们定义宏观尺度的感兴趣区,对脑部激活进行功能定位,为图像介导的神经外科手术提供导航等。可以说,如果想知道大脑是如何运作的,就必须要知道大脑是如何分区的。在本文的研究中,我们使用基于连接模式的脑区分区方法,重点考察了位于人脑顶叶的后内侧皮质和顶内沟的分区情况,针对两个脑区的各自特点选择适宜的方法,并从多种视角研究了每个子区的功能定位,探讨其生理学意义。后内侧皮质主要位于内侧顶叶,此前的功能研究已经揭示了人脑后内侧皮质的高度异质性,并有文献讨论了它的功能子区构成。但是,几个相关的研究尽管同样基于静息态功能影像,得出的功能子区却不尽相同。大脑的功能由它内在的连接模式决定,因此,我们的研究通过分析解剖连接模式来研究后内侧皮质的分区,从更为本质的角度阐述它的组织结构。我们使用了弥散张量成像,利用概率性纤维跟踪算法来获取后内侧皮质体素的解剖连接,然后通过谱聚类算法将连接模式相似的体素分割到一个子区。我们在人脑后内侧皮质中共识别出了5个连接模式各异的子区,并在另一套独立的数据上得到了验证。然后,我们对各个子区的解剖连接和功能连接进行了分析。后内侧皮质背前侧子区与感觉运动网络的有着丰富的连接,背中部的子区承担了认知及联络的功能,背后侧的子区主要与视觉相关脑区相连。后内侧皮质腹侧的两个子区中,背侧的子区扮演了上方的楔前叶和下方的后扣带之间的过渡区,而最为腹侧的子区和边缘系统联系紧密,是默认网络的一个核心节点。另外,荟萃分析表明人脑与猴脑的后内侧皮质在组织结构和连接模式上相类似,有着很好的同源性。接下来,我们研究了顶内沟的分区。顶内沟是外侧顶叶最为明显的脑沟结构,埋藏在大脑深处且个体差异较大,分区难度较高,鲜少有报道涉及。考虑到人脑顶内沟的复杂性和个体差异,在定义种子区时,我们没有采用常规的从标准空间提取种子区配准到个体空间的方法,而是对每一个个体进行了手工勾画,极大的减少了配准误差的影响。此外,我们使用了3套独立的被试组,采用同样的方法对顶内沟进行分割,选取一致性最好的结果作为最终的顶内沟分区,具有很高的可靠性。随后,我们还研究了顶内沟每个子区的解剖和功能连接模式及子区间的差异,但顶内沟作为联合皮层的脑区,参与的认知功能众多,这些功能难以简单地从连接模式加以区分。因此,我们又通过对任务态的行为数据进行荟萃分析的方法,探讨了顶内沟每个子区参与的功能和行为,和连接模式一起,从多方面展示了顶内沟子区的角色定位。最后,我们应用新构建的后内侧皮质图谱,在更精细的尺度上研究了阿尔兹海默症疾病进程中后内侧皮质不同子区独特的功能变化。研究中招募的被试包括一组健康对照,一组轻度认知障碍患者,一组轻度阿尔兹海默症患者和一组重度阿尔兹海默症患者。以双侧后内侧皮质的5个子区作为种子区,我们分别研究了3组病人与健康对照组相比,后内侧皮质5个子区各自功能连接的变化情况。我们发现后内侧皮质的过渡区是最先表现出显著的功能连接损伤的子区,然后随着疾病的发展,存在功能连接异常的子区逐步向四周扩散。异常的功能连接影响到后内侧皮质和不同功能网络的联络通信,在阿尔兹海默症进程中,后内侧皮质子区与情景记忆、默认网络、语法处理、词汇语义、视觉及感觉运动等网络的连接可逐渐表现异常。
【关键词】：脑图谱 连接模式 后内侧皮质 顶内沟 阿尔兹海默症
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-34
• 1.1 研究背景13
• 1.2 脑科学与脑图谱13-20
• 1.2.1 脑科学13-14
• 1.2.2 脑图谱14-20
• 1.3 脑网络与脑图谱20-22
• 1.3.1 面向脑网络的脑图谱20
• 1.3.2 脑连接20-22
• 1.4 医学影像技术22-23
• 1.5 基于医学影像的脑连接23-28
• 1.5.1 解剖连接23-27
• 1.5.2 功能连接27-28
• 1.6 基于连接模式的脑图谱28-31
• 1.7 本文的主要贡献与创新31-33
• 1.7.1 人脑后内侧皮质的脑图谱构建31-32
• 1.7.2 人脑顶内沟的脑图谱构建32
• 1.7.3 阿尔兹海默症进程中后内侧皮质子区的功能连接变化32-33
• 1.8 本文的结构安排33-34
• 第二章 人脑后内侧皮质的脑图谱构建34-61
• 2.1 研究背景34-38
• 2.1.1 后内侧皮质的解剖知识34-35
• 2.1.2 后内侧皮质的功能35-36
• 2.1.3 后内侧皮质的异质性36-38
• 2.2 实验数据与方法38-50
• 2.2.1 实验被试38-39
• 2.2.2 数据采集39-40
• 2.2.3 T1加权结构像数据预处理40-41
• 2.2.4 弥散张量成像数据预处理41-42
• 2.2.5 静息态功能像数据预处理42-43
• 2.2.6 后内侧皮质种子区的定义43-44
• 2.2.7 纤维跟踪44-45
• 2.2.8 连接模式45-46
• 2.2.9 基于连接模式的分割46-47
• 2.2.10 重复性验证47-48
• 2.2.11 后内侧皮质子区的解剖连接指纹图48
• 2.2.12 后内侧皮质子区的功能连接48-49
• 2.2.13 与猴脑后内侧皮质分区的对照49-50
• 2.3 实验结果50-56
• 2.3.1 基于连接模式的分区50
• 2.3.2 重复性分析50-52
• 2.3.3 后内侧皮质子区的解剖连接指纹图52-54
• 2.3.4 后内侧皮质子区的功能连接54-56
• 2.4 结果讨论56-60
• 2.5 本章小结60-61
• 第三章 人脑顶内沟的脑图谱构建61-83
• 3.1 研究背景61-65
• 3.1.1 顶内沟简介61-63
• 3.1.2 顶内沟的功能63-64
• 3.1.3 顶内沟的异质性64-65
• 3.2 实验数据与方法65-72
• 3.2.1 实验被试65
• 3.2.2 数据采集65-66
• 3.2.3 磁共振图像预处理66-67
• 3.2.4 人脑顶内沟种子区的定义67-69
• 3.2.5 顶内沟体素的连接模式69-70
• 3.2.6 顶内沟分割70
• 3.2.7 顶内沟子区的解剖连接指纹图70-71
• 3.2.8 顶内沟子区的功能连接71
• 3.2.9 行为分析71-72
• 3.3 实验结果72-80
• 3.3.1 基于连接模式的分区72-73
• 3.3.2 顶内沟子区的解剖连接指纹图73-76
• 3.3.3 顶内沟子区的功能连接76-78
• 3.3.4 顶内沟子区的行为分析78-80
• 3.4 结果讨论80-82
• 3.5 本章小结82-83
• 第四章 后内侧皮层子区在阿尔兹海默症进程中的功能连接变化83-98
• 4.1 研究背景83-85
• 4.1.1 阿尔兹海默症83-84
• 4.1.2 后内侧皮质与阿尔兹海默症84-85
• 4.2 实验数据与方法85-90
• 4.2.1 实验被试85-87
• 4.2.2 图像采集87-88
• 4.2.3 磁共振图像预处理88
• 4.2.4 功能连接及统计分析88-90
• 4.3 实验结果90-93
• 4.3.1 功能连接的变化90-92
• 4.3.2 功能连接和行为评分的关系92-93
• 4.4 结果讨论93-96
• 4.5 本章小结96-98
• 第五章 全文总结与展望98-101
• 5.1 全文总结98-99
• 5.2 未来展望99-101
• 致谢101-102
• 参考文献102-119
• 攻读博士学位期间取得的成果119-120
• 个人简历120-121

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