静息态fMRI观察孤独症大脑功能网络

发布时间：2019-09-16 12:42

【摘要】：目的观察孤独症患者和正常人全脑功能网络的差异。方法将30例孤独症患者和30名正常人分为两组,行静息态fMRI采集,数据进行预处理,利用自动解剖标记模板分割大脑区域,提取时间序列信号,计算脑区间的相关性。基于复杂网络理论计算各种图论指标。对两组指标进行统计分析。结果孤独症患者全脑功能网络拓扑属性显著改变,聚类性显著降低,最短路径长度缩短;同时整体效率显著升高,局部效率/模块化和中介中心性降低。结论与正常人相比,孤独症患者全脑网络功能整合能力升高,而功能分离能力所下降;全脑网络异常有助于理解孤独症患者脑功能障碍。
【图文】：

图论法,分析流程,孤独症

图１图论法分析流程近年，图论法广泛用于研究人类大脑结构网络和功能网络的拓扑属性，提供了复杂的大脑网络模型，有利于更好地理解网络结构间的联系。图论法可用来检验大脑功能连接和信息整合与人类行为间的联系，还可检查神经性疾病对大脑网络结构的影响［５］。研究表明大脑复杂功能网络受大脑疾病的影响，如精神分裂症［６］、老年痴呆症［７］和多动症［８］等。图论法可很好地揭示这些疾病对大脑功能的影响。本研究使用图论法研究静息状态下孤独症患者的全脑功能网络属性，通过图论指标（包括聚类性，最短路径长度，模块化，局部效率和整体效率等）比较孤独症患者和正常人的功能连接差异，以进一步分析这些差异和孤独症的大脑信息加工改变的关系。１资料与方法１．１数据获取孤独症患者和正常人的数据在千人组计划ＡＢＩＤＥ的数据集（ｗｗｗ．ｎｉｔｒｃ．ｏｒｇ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ｆｃｏｎ＿１０００／）中下载获得。数据集包括４２例孤独症患者和４５名正常对照者数据。除去过度头动者的数据，得到３０例孤独症（孤独症组）和３２名正常对照者（正常组）数据，其中２名正常对照者数据无结构像，故有３０例孤独症患者和３０名正常对照者（正常组）数据可用。孤独症组男２６例，女４例，年龄９～１７岁，平均（１２．８±２．２）岁；正常组男２６名，女４名，年龄９～１７岁，平均（１２．６±１．６）岁。两组受检者均为右利手，且性别、年龄等因素差异均无统计学意义。１．２静息态ｆＭＲＩ预处理采用ＦＳＬ和ＡＦＮＩ对图像数据进行预处理。首先剥除非脑组织，然后进行头动校正和

孤独症,局部效率,大脑,网络图论

每个节点平均至少有９．３６个连接。阈值会影响网络成本（ｃｏｓｔ）。ｃｏｓｔ是衡量网络构建时所需的成本，和网络稀疏程度直接相关。连接数越多，ｃｏｓｔ值越大。ｃｏｓｔ与连接的关系如下［９］：ＣＧ＝ＫＮ（Ｎ－１）／２（２）ＣＧ是网络成本，Ｋ是可能的连接数，Ｎ表示节点数。由于选择二值无向网络分析，则可能的连接数为１０８×９．３６／２≈５０６，由公式（１－２）得到ＣＧ≈０．１。最大的ｃｏｓｔ在阈值为０时取得，由图２可知约为０．４２。比较某一个阈值范围内的网络属性比单一阈值更能降低阈值选择的影响。由于阈值的选择会直接影响ｃｏｓｔ值。本研究中ｃｏｓｔ取值０．１～０．４２，进行数据分析。１．４功能连接图分析基于复杂网络理论，计算若干图论指标［９］，核心指标包括聚类性（ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｃｏｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｔ，ＣＣ）、最短路径长度和平均度，此外有模块化、整体效率、局部效率和中介中心性。各指标的含义见表１。２结果ｃｏｓｔ和阈值的关系见图２。随着阈值增大，ｃｏｓｔ减校相同阈值下，孤独症患者的ｃｏｓｔ值小于正常人。以ｔ检验比较两组数据在一定ｃｏｓｔ范围下的各图论指标。图３是两组数据图论指标的均值与平均误，由此可知孤独症患者的脑功能复杂网络的聚类性降低，最短路径减短，模块化和局部效率有所降低，整体效率增加，中介中心性明显减少。３讨论本研究发现孤独症患者全脑功能网络拓扑属性有显著改变（图２）。相同阈值下，孤独症患者ｃｏｓｔ值小于正常人，，提示大于某一连接强度构成的网络连接图，
【作者单位】：中南大学地球科学与信息物理学院生物医学工程研究所;陕西省人民医院;西安交通大学第三附属医院影像中心;
【分类号】：R445.2;R749.94

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