基于fMRI的有效连接方法研究及其在精神分裂症中的应用

发布时间：2017-10-10 06:19

  本文关键词：基于fMRI的有效连接方法研究及其在精神分裂症中的应用

  更多相关文章： 功能磁共振成像 动态因果模型 有效连接 精神分裂症

【摘要】：人类大脑是一个复杂的动力学系统，当受到外界任务的刺激时，与任务相关的脑区将会被激活，这些脑区之间通过相互协调与整合，完成对信息的一系列加工处理，从而实现人脑的高级功能。对于人脑功能的研究，依赖于具体的检测技术的发展和进步。在传统的磁共振成像技术基础上发展起来的功能磁共振成像技术（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI），由于其具有无创性、可重复测量性、高空间分辨率及高时间分辨率的优势，近年来在脑功能研究方面得到了广泛的应用，尤其在精神病学的研究具有相当大的潜力，为精神病学研究提供了强有力的研究手段。 基于fMRI的脑功能研究主要包含两个基本方向，即功能分化和功能整合。功能分化主要研究与特定任务相关的脑区，功能整合主要探究不同脑区之间是如何协同作用来完成一项任务的。在基于fMRI的脑功能研究中，功能整合通常基于功能连接和有效连接展开研究。功能连接主要研究脑区之间是否存在统计依赖性，有效连接不仅探究脑区之间是否存在联系，而且研究脑区之间信息传递的因果机制和连接强弱。研究有效连接主要基于因果效应模型，常用的模型有动态因果模型（DynamicCausalModellingDCM），格兰杰因果模型（Grangercausalmodelling GCM），结构方程模型（Structural Equation Model SEM）等，其中动态因果模型是目前应用最广泛的有效连接模型，因为它将神经动力学模型和血液动力学模型相结合，，从神经元水平出发，构建一个动态的、非线性的能更加真实模拟大脑功能机制原理的模型，同时在分析有效连接时考虑了外部扰动的因素。虽然DCM可以揭示信息的动态流动，但DCM仍存在一些不足之处，例如DCM需要预先确定感兴趣脑区，既往研究中，脑区的确定均是基于于先验知识，用这种方法确定的ROI都是既往研究中已经发现的可能与疾病相关的脑区，无法发现新的脑区，另外，既往研究发现的脑区都不统一，所选的脑区在本研究中也不一定是激活脑区。为了解决这个问题，本文采取数据驱动与模型驱动确定感兴趣区（region of interest,ROI），是一种全新的基于全脑的、整体而客观的了解大脑有效连接分析策略，并将其应用于精神分裂症患者的有效连接异常情况的分析中，探究其病理生理机制，为疾病的防治提供理论依据。 精神分裂症是一种严重的精神疾病，其存在广泛的认知障碍，目前对其病理机制及所涉及的脑区仍无明确的结论，普遍认为是脑功能整合不良引起的。本研究利用功能磁共振成像技术和N-back任务分别对25例精神分裂症患者和27例健康志愿者的工作记忆情况进行了探究，通过本文建立的方法分析了精神分裂症与健康志愿者在完成认知任务时的有效连接的差异，确定精神分裂症患者的脑功能整合异常的病理机制。通过本论文建立的方法初步发现：精神分裂症患者和正常对照组在左侧内侧额上回(left Superior frontal gyrus medial MPFC.L）、左侧后扣带回（left Posterior cingulate gyrus PCC.L）和左侧中扣带回(left Middlecingulate gyrus DCG.L)之间存在相反的有效连接，提示精神分裂症脑功能有效连接异常可能是其病理生理基础。另外，连接异常脑区均在左侧，推测认知障碍可能特定在左半球大脑，患者前额叶有功能异常，可能与工作记忆下降有关，另存在相反的有效连接，提示患者的无意识“经验”存在缺陷，导致对中性事件产生错误的过多的归因。
【关键词】：功能磁共振成像 动态因果模型 有效连接 精神分裂症
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R749.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 插图列表10-11
• 表格列表11-12
• 缩略语对照表12-13
• 1 引言13-20
• 1.1 人脑生理结构及其功能研究13-15
• 1.2 有效连接的概念和常用方法15-18
• 1.2.1 结构方程模型15-16
• 1.2.2 格兰杰因果模型16-17
• 1.2.3 动态因果模型17-18
• 1.3 本论文主要工作18-19
• 1.4 全论文结构安排19-20
• 2 脑功能磁共振数据有效连接分析基础20-33
• 2.1 功能磁共振成像20-23
• 2.1.1 BOLD-fMRI 成像原理21-22
• 2.1.2 功能磁共振成像技术条件22-23
• 2.1.3 功能磁共振成像特点23
• 2.1.4 功能磁共振的应用23
• 2.2 有效连接分析方法——动态因果模型23-33
• 2.2.1 动态因果模型原理24-28
• 2.2.2 动态因果模型参数估计28-30
• 2.2.3 动态因果模型的应用30-33
• 3 有效连接方法的改进与实现33-48
• 3.1 改进原理34-35
• 3.2 方法实现过程35-46
• 3.2.1 数据预处理35-37
• 3.2.2 模型驱动建模统计分析与统计推断37-42
• 3.2.3 数据驱动全脑功能连接42-45
• 3.2.4 确定感兴趣区45-46
• 3.2.5 确定有效连接46
• 3.3 方法的总结46-48
• 4 有效连接改进后的应用48-57
• 4.1 精神分裂症研究现状48
• 4.2 研究对象48-49
• 4.2.1 精神分裂症患者组48-49
• 4.2.2 正常对照组49
• 4.3 研究方法49-53
• 4.3.1 任务设计49
• 4.3.2 数据采集49-50
• 4.3.3 数据预处理50
• 4.3.4 统计分析50-52
• 4.3.5 全脑功能连接52-53
• 4.4 结果与讨论53-57
• 4.4.1 一般资料53-54
• 4.4.2 ROI 选择54
• 4.4.3 DCM 分析54-55
• 4.4.4 讨论55-57
• 5 总结与展望57-59
• 5.1 工作总结57-58
• 5.2 工作展望58-59
• 参考文献59-63
• 个人简介及在学期间发表的学术论文与研究成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 高万芳;;愉快及非愉快气味嗅觉fMRI研究进展[J];中国医药指南;2012年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 纪毅敏;功能磁共振成像在语言区定位及其临床应用中的研究[D];复旦大学;2011年

本文编号：1004783