基于动态因果模型的精神分裂症病人大脑皮层网络研究

发布时间：2020-02-22 13:17

【摘要】：精神分裂症是一种精神类认知障碍疾病,目前病症的起因尚且不明多发病于青少年时期,对整个家庭和社会都造成了巨大负担,因此研究精神分裂症患者的脑机制异常显得意义重大。目前研究者基于脑电(Electroencephalogram,EEG)构建大脑网络应用十分广泛,主要采用的方法有相干、互信息、格兰杰因果、定向传递函数等,然而这些方法都是数学驱动方法,没有考虑到生理因素,动态因果模型(dynamic causal model,DCM)是一种基于生理模型发展的因果分析方法。我们采用3D源重建将头表的EEG反演到皮层大脑激活区域以此确定网络的节点,并结合DCM来构建大脑皮层网络。本文的主要工作如下:我们采用经典视觉oddball实验,得到两种条件下(病人靶刺激,正常人靶刺激)的EEG,然后基于3D源重建将头表电极信号反演得到皮层的大脑激活区域,并结合相关基于功能磁共振的视觉P300文献大脑激活区域,确定了8个皮层节点的位置:枕叶双侧、顶下小叶双侧、前扣带回双侧、以及背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)的双侧,这些节点与相关视觉注意文献中激活的区域是大体一致的,枕叶是负责视觉信号的输入编码,顶下小叶具有负责视觉空间加工以及编码筛选、运动感觉等功能。前扣带回有监督冲突、调节冲突等作用。DLPFC具有注意控制、执行、抑制运动、定势转移等作用。基于得到的皮层8个位置作为网络节点,并根据一些视觉相关的先验知识来构建节点之间可能的有效连接。在此基础上假设出6种可能存在的网络连接模型,通过贝叶斯因子的相互比较得到2种条件(病人靶刺激、正常人靶刺激)下的最优的大脑皮层网络模型。对于这两种模型之间存在的差异进行了分析,此外还分别做了这2种条件下的T检验。结果显示在靶刺激条件下,精神分裂病人相较于正常人在背外侧前额叶、顶下小叶、以及前扣带区域存在异常情况。且有相关研究表明在这些区域中精神分裂病人也存在着异常,这些脑区中都存在白质、灰质减少的情况。此外精神分裂病人在背外侧前额叶、顶下小叶以及前扣带回之间的有效连接也存在明显差异,相关文献也指出精神分裂病人在额顶通路出现明显异常。我们的研究结果显示精神分裂病人的顶下小叶与DLPFC之间的直接连接出现异常,此外精神分裂病人前扣带回到顶下小叶的失连导致在顶下小叶与DLPFC形成代偿连接。这些研究发现对于精神分裂的病理机制有一定的参考价值。
【图文】：

大脑,构建网络,节点,阈值

大脑是个极其繁杂的系统，一些文献显示，人脑中约含有 860 亿个神经元完成各类认知任务时各个神经元细胞突触前和突触后又相互传递兴奋或，从而各个脑区之间也存在着相互信息交流，换而言之，大脑可谓是多层的复杂网络，大脑在空间和时间上也存在着相互交织的网络，从某种角度以被认为是在组织和功能上连接的动态网络。目前基于 EEG 构建脑网络近年来的热点之一，这种技术也应用于大量的神经科学以及各类精神疾析大脑网络我们应用到了图论的方法[24]。网络的构建包括了节点，节点之间的联系，因此构建网络有如下三个步骤1）构建网络的节点，也就是选取参与实验任务的相关大脑区域作为网络2）关于边的定义，就是量化节点之间的相互关系，即得到相应的网络连它反映了网络节点之间的相互关系；3）设立相应的阈值，在得到相应的网络连接矩阵之后要设立边的阈值在构建大脑的全连接之后通过这些阈值我们可以知道相关脑区的连接情图 2-1 所示是构建网络的方法。

连接分类,功能整合,有效连接

第二章脑网络分析理论度、度的分布、介数、以及聚类系数。通过对这些指标的对比可络特征差异，基于脑网络的复杂性本章将从脑网络连接包括：结、效应连接这些网络连接为切入点，在更具这些网络连接的应用方法进行阐述。脑网络大脑从连接上定义可以分为结构连接又被称为解剖连接、功能，解剖连接是功能连接和效应连接的物理基础，，我们更多了解到效应连接。如下图 1-2 所示.结构连接
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R749.3

【参考文献】