#论 著#
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国家自然科学基金项目(编号:30500179);江苏省自然科学基金项目(编号:BK2005427);南京市医学重点科技发展项目(编号:I KX05003)
*南京医科大学脑科医院精神科(南京 210029) 通讯作者(E-m ai:l l uq@seu .edu .cn ) v 东南大学学习科学研究中心
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东南大学中大医院放射科
抑郁症静息态默认状态网络内
功能连接的初步探讨
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姚志剑* 王丽*
卢青v
刘海燕*
滕皋军
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=摘要> 目的 通过分析静息态下抑郁症患者默认状态网络内脑区间功能连接效能,探讨默认状态网络在抑郁症病理机制中的作用。方法 15例符合中国精神障碍分类及诊断标准第3版(CC M D -3)抑郁发作和美国精神障碍诊断与统计手册第4版(DS M -I V )重性抑郁症诊断标准的首发抑郁症患者与14名正常对照完成功能磁共振成像扫描。分析受试者默认状态网络内脑区的功能连接强度并比较其组间差异。结果 与正常对照比较,抑郁症患者双侧前额中部与楔前叶、双侧后扣带回与前额中部、右后扣带回与楔前叶、双侧前扣带回腹侧与前额中部的功能连接减低(P <0105)。结论 静息态下抑郁症患者默认状态网络内脑区间的连接效能存在异常,这可能在抑郁症的病理机制中发挥了重要作用。
=关键词> 抑郁症 磁共振成像 功能连接 默认状态网络 静息态 =中图分类号> R 749.4 =文献标识码> A
A ltered d efau lt m ode n etwork functional connectivity in patients w ith depressive d isord er s :re sting -state f MR I study.YAO Zhijian ,W ANG L i ,LU Q ing ,LI U H a i yan,TENG G aojun .D e p ar t m ent of P sych i atry,A ff iliated N anj i ng Brain H osp ital of N anj i ng M ed ical Un i ver sit y,264Guangzhou Road ,N an ji ng .210029.Te:l 025-********-6224.
=Abstract > O bjective To exp l o re the ro l e of default m ode ne t w ork i n t he pathophysiology o f depress i on through analysi ng t he fea t ure of functi onal connecti v ity o f default m ode ne t w ork i n depressed pati ents du ri ng resti ng state .M eth ods F ifteen pa ti ents w it h first -episode m ajor depressive d i so rder and 14healthy controls we re recruited and under w ent func -ti onalM R I scann i ng .Co rre l a ti on ana l ysis w ere used to measure t he functi onal connecti v ity w it h i n default m ode net wo rk i n the depressed pati ents and con tro ls ,and t wo sa m ple t -test was used to compared the z -score bet w een t wo groups .R es u lts Co m pa red w ith healthy controls ,the depressed pati ents sho w ed sign ifi cantl y decreased f unc tiona l connecti v ity i n t he b ilatera l m ed ial pre fronta l co rtex and precuneus ,b ilatera l posterior c i ngulate gy rus and m edia l prefron tal cortex ,righ t poster i or c i n -gulate gy rus and precuneus ,b ilatera l ven tra l anter i o r c i ngu l a te gyrus and m edial prefrontal cortex (P <0105).Con clusions T he results suggest that abno r ma l f uncti onal connectivity w ithin de fau ltm ode net w ork m ay be ex isted i n depressed pa ti ents duri ng resti ng sta te .T he abnor m a lity o f default mode net w ork m ay play an i m portant role i n psy chopatho logy o f depressi on . =K ey word s > D epressi ve diso rder M agneti c resonance i m ag i ng Func ti ona l connectivity D e fau ltm ode ne t w ork R esti ng state
很早即有研究表明,正常人静息态下许多脑区都有自发性神经元活动,并且这种活动在脑区之间呈现一定的同步性。2001年R aic h le 等
[1]
提出了默认状态网络(default mode net wor k ,D MN )的假说,认为该网络对于静息态下的脑功能有重要生理意义,并被G reici us 等
[2]
利用功能磁共振成像(functional m agnetic reso -na nce I m aging ,M f R I)技术证实。已有研究表明静息态下抑郁症患者存在默认状态网络的异常
[3]
,进一步观
察抑郁症默认状态网络的功能连接将有助于对抑郁症发生机制的理解。本研究利用M f R I 技术和相关分析方法来初步探讨静息态下抑郁症患者默认状态网络的功能连接特点,为阐明抑郁症的病理机制提供依据。
1对象与方法
1.1对象为来自2006年1月至2007年7月南京医科大学附属脑科医院的首发重性抑郁症住院患者。入组标准:1符合中国精神障碍分类及诊断标准第3版
(CC M D-3)诊断为(单相)抑郁发作,同时符合美国精神障碍诊断与统计手册第4版(DS M-I V)重性抑郁症诊断标准;o入组前至少有2周的药物清洗期(选择入院前有2周以上未服用药物的患者,并非是强制患者禁药两周以上);?年龄18~55岁,性别不限;?24项汉密尔顿抑郁量表(HAM D
24
)总分>35分。排除标准:1合并其他精神障碍或药物、酒精依赖者;o患有严重的躯体疾病;?近期内有过严重感染或经历手术者;?妊娠或哺乳期妇女;?参加其他临床药物研究者。共18例。3例因头动明显影响图像质量而舍弃。入组15例患者,男6例,女9例;年龄22~53岁,平均年龄(4011?1011)岁;受教育年限5~17年,平均(1112?
214)年;病程3个月至2年,平均(018?015)年,HA M D
24总分为(4514?1113)分。为保证一致性,所有入组评定均由1名精神科副主任医师于扫描当天完成。
对照组来自与患者居住地相同或相近的健康者,均无严重躯体疾病,无精神疾病家族史,既往无精神障碍史,目前精神状况良好,扫描前通过焦虑自评量表及抑郁自评量表排除焦虑及抑郁情绪状态。共14名。男6名,女8名,年龄20~55岁,平均(38107?10153)岁;受教育年限5~17年,平均(11100?3153)年。
两组性别、年龄、受教育年限差异均无统计学意义(P>0105)。均为右利手。所有受试者或其家属均签署知情同意书。本实验得到了南京医科大学医学伦理委员会的批准。
1.2方法采用美国GE公司115T Signa磁共振成像仪。扫描时受试者清醒、闭眼、平静呼吸、安静平卧于检查床,固定头部并最大限度的减少头部与身体的主动与被动运动,而且不执行特定的认知任务。相关扫描序列及参数如下:
1.2.1解剖定位像采用液体抑制反转恢复序列
(T
1
fl a ire)采集,轴位27层,与前后联合连线平行。扫描参数:脉冲重复时间/回波时间(TR/TE)=500m s/ 14m s,视野(FOV)=240mm@240mm,矩阵(matrix) =256@160,层厚4mm。对头部未发现异常结构者,进行静息态功能扫描。1.2.2静息态功能扫描根据核磁共振仪的实时功能成像程序(R ea-l T m i e I mag i ng Processi ng,RT I P)采集方式,采用梯度回波-回波平面成像(G radient-R e-called Echo-P lanar I m agi ng,GRE-EPI)序列采集,TR/TE =3000m s/40ms,FOV=240mm@240mm,matri x= 128@128,连续扫描27层,层厚4mm,扫描持续时间为6分39秒。
1.3数据处理为排除扫描开始时受试者不适应及磁场不均匀对结果造成的影响,而弃除功能扫描前6个时间点的数据,后128个时间点的数据进入后续分析。1.3.1预处理图像数据格式经M R Icro软件(h-t tp://www.m ri cr o.c o m)转化,应用SP M5软件(http:// www.f i.l ion.uc.l https://www.doczj.com/doc/1211974272.html,/spm)进行时间、空间标准化,校正头动并映射到标准脑。头动校正可获得受试者的水平头动与旋转头动图,平移小于115mm与旋转移动小于115b的受试者图像进入后续分析。对经SP M5软件处理生成的图像滤波(0101H z<频率<0108H z)、去线性漂移。
1.3.2感兴趣区的选择对预处理生成的图像进行感兴趣区的选择。由基于SP M2软件的M arsBar工具箱完成。选择受试者大脑双侧默认状态网络的主要组成脑区为感兴趣区,根据既往研究比较公认的结果,本研究选择前额中部、前扣带回腹侧、后扣带回与楔前叶为感兴趣区,见图1,对每个时间点感兴趣区内所有像素的时间序列进行平均而得到可代表脑区血流信号波动的时间序列平均值,然后进行相关分析。
1.3.3统计学分析将受试者每个感兴趣区的时间序列平均值与大脑同侧其余三个感兴趣区的时间序列平均值进行pearson相关分析而得到每两个感兴趣区的相关系数r,而后利用费希尔z转换(F isher.s z tra nsfor m a-tion)将r转化为z分而使r标准化,z分即可代表脑区间的功能连接强度。相关分析由SPSS软件完成。利用SPSS软件比较抑郁组与对照组默认状态网络内脑区功能连接的组间差异。P<0105为差异具有统计学意义。
2结果
抑郁症患者组与对照组默认状态网络功能连接(z 分)的比较结果显示,患者组双侧前额中部与楔前叶、双侧后扣带回与前额中部、右后扣带回与楔前叶、双侧前扣带回腹侧与前额中部的功能连接减低(P< 0105)。见表1。
F i g.1Interesti ng Reg i ons N ote:A,B,C,D presen t ed the m ed i al prefrontal cortex,ventra l an terior ci ngu late gyrus,pos t eri or ci ngu l ate gyr u s and
precuneus respectivel y;left si de s how ed i n b l ue col or and right sho w ed i n red.
图1感兴趣区A、B、C、D依次为前额中部、前扣带回腹侧、后扣带回、楔前叶;蓝色为左侧,红色为右侧
Table1Comparison of functi ona l connecti v ity(z score)w ithi n D M N bet w een depres sed g roup and control group
表1患者组与对照组默认状态网络功能连接(z分)的对比(
x?s)
Brai n re g i ons脑区
Co m pari so n of z score o f left brai n
reg i on be t w een t w o groups
两组间左侧脑区(z分)比较
Co m pari son of z score of ri ght brai n
reg i on be t w een t w o groups
两组间右侧脑区(z分)比较
P atie nt g r oup
患者组
control group
对照组
t P
Patie nt g r oup
患者组
control group
对照组
t P
M edial prefro ntal cort ex-P recune us
前额中部-楔前叶
0.60?0.090.71?0.05-3.8570.0010.61?0.090.69?0.08-2.5340.017 P ost eri or c i ngulat e gyrus-M edi a l pre f rontal cort ex
后扣带回-前额中部
0.56?0.090.67?0.05-4.0810.0000.52?0.080.58?0.06-2.2120.036 P ost eri or c i ngulat e gyrus-P rec une us
后扣带回-楔前叶
0.70?0.080.74?0.04-1.8050.0820.61?0.100.68?0.04-2.1960.037 V e ntra l anteri or ci ng u l ate gy r us-M e d i al prefront a l c o rte x
前扣带回腹侧-前额中部
0.64?0.090.72?0.06-2.9110.0070.61?0.110.68?0.06-2.3490.026 V e ntra l anteri or c i ngu l ate gyrus-Po st eri or ci ngul a t e gy r us
前扣带回腹侧-后扣带回
0.64?0.080.66?0.05-0.9200.3660.58?0.080.55?0.081.2130.236 V e ntra l anteri or ci ng u l ate gy r us-Precuneus
前扣带回腹侧-楔前叶
0.68?0.080.71?0.05-1.4670.1540.65?0.100.68?0.09-0.7450.463
3讨论
既往的抑郁症影像学研究如任务刺激设计的M f-R I研究,要求患者具有很好的合作性,这在具有严重阻滞症状的重性抑郁症患者中常难以实现;近年来随着影像学数据处理方法学研究的进步,静息态的脑功能影像学研究取得了突破性进展[4]。因其在临床研究中具有的不可比拟的优点,而得到了广泛的重视。Ra i chle等[1]对静息态脑活动进行了定量研究,结合以往成果,提出了默认状态网络(D M N)的概念,认为大脑在静息态下存在有组织的功能活动;有些脑区在静息态下功能活动很活跃,而在任务态下反而被抑制,这些脑区对静息态脑功能有重要作用,与静息态下人脑对内外环境的监测、情景记忆的提取及持续进行的认知与情感过程有关,主要包括前额中部、前扣带回腹侧、后扣带回与楔前叶。之后有大量研究进一步补充、验证了该假说,并证实了D MN内脑区在任务态与静息态下均具有显著的功能连接[2],DMN功能连接的紊乱可能会导致其所执行的功能出现紊乱。
在精神分裂症、焦虑症等精神疾病的研究中已显示,患者D M N的功能连接存在异常[5-6]。本研究组既往的结果已表明,静息态下抑郁症患者额中回、右额下回、右颞上回、左前扣带回、右后扣带回、右脑岛、基底核等脑区的功能存在异常,从局部一致性的角度证实了抑郁症默认状态网络的异常[7]。而本研究旨在通过观察抑郁症患者D M N的功能连接特点,而从功能连接
的角度探讨默认状态网络在抑郁症病理机制中的作用。结果显示,抑郁症患者双侧前额中部与楔前叶、双侧后扣带回与前额中部、右后扣带回与楔前叶、双侧前扣带回腹侧与前额中部的功能连接减低,从而间接地支持了既往抑郁症研究表明的上述脑区功能异常的结果,同时提示静息态下抑郁症默认状态网络的连接效能降低、协调性紊乱。
前额中部参与了人脑对内外环境信息的整合、情绪整合及情景记忆提取[8]等功能。利用正电子发射断层扫描技术(Posit i on Em ission T o m ography,PET)的研究较为一致地认为,静息态下抑郁症患者前额中部代谢增强[9]。抑郁症患者前额中部的代谢异常可能会表现为前额中部与楔前叶、后扣带回、前扣带回腹侧之间的功能连接异常,静息态下这种功能协调性的紊乱可能与抑郁症患者具有的持续的情绪负担、情感整合异常等症状特征密切相关。
大量研究表明抑郁症患者前扣带回存在异常[10]。前扣带回与自我监控、情绪调节和控制等功能有关[11]。前扣带回功能复杂,其不同分区执行不同功能。前扣带回背侧与认知任务依赖的网络密切相关,而前扣带回腹侧为默认状态网络的重要脑区,与情绪、心境、自我控制等有关[11]。本研究显示的抑郁症患者前扣带回腹侧与前额中部功能连接的减低可能是源于前扣带回腹侧与前额中部的共同异常,两者功能连接的异常可能与抑郁症患者的情绪管理、认知加工等功能损伤表现相关。
结构影像研究显示抑郁症患者后扣带回体积减小[12]。利用PET、单光子发射计算机断层扫描技术(S i ngle photon e m ission co mputed to m ography,SPECT)的研究大多认为抑郁症患者后扣带回代谢增强[13],也有一些认为代谢减低。虽结果不一,但均显示了抑郁症后扣带回的异常。本研究表明抑郁症患者后扣带回与前额中部、楔前叶的功能连接减低,提示该脑区对于情景记忆的提取能力降低。后扣带回的异常可能与抑郁症患者存在的负性情景记忆加强,而正性情景记忆减弱即负性偏见的特征有关,进而可能与其持续存在的情绪负担有关。
楔前叶与视空间意象、情景记忆提取、自我意识等功能有关[14],既往研究仍未对楔前叶在抑郁症中的作用进行深入研究。本研究显示的抑郁症患者楔前叶与前额中部、后扣带回的功能连接减低可能间接提示抑郁症楔前叶存在异常,也可能仅仅是源于前额中部、后扣带回的异常。故楔前叶与其他脑区的联系效能在抑郁症中的作用尚需进一步研究。
另外,有研究认为,人脑存在两个功能体系,其一是认知任务依赖的功能体系。该体系在静息态下活动较低,而在认知任务态下被激活,主要包括前额背外侧等脑区。其二即默认状态网络。这两个功能网络在静息态与认知任务态变换中的合理调制保证了人脑功能的正常执行。功能网络内脑区本身的异常或脑区间协调性的异常均会引起功能网络在静息态与任务态转换中的调制异常,最终使静息态与任务态下脑功能均出现紊乱[15]。本研究显示的抑郁症患者默认状态网络的协调紊乱可能会影响大脑功能网络在静息态与认知任务态变换中的合理调制,从而使两个状态下抑郁症患者的脑功能均出现紊乱,故抑郁症患者默认状态网络的功能连接异常可能在抑郁症的病理机制中发挥了重要的作用。
本研究对于可能的影响因素尽量进行了质量控制。如:虽因采集完全未经过药物治疗的患者有很大难度,但考虑到药物的影响,尽量选择病程较短、用药期短的首发患者,并要求患者有2周的药物清洗期,以尽量减少药物的影响。病程的长短确实也可能影响结果,但样本病程分布比较集中,故分析中未将这一因素作为影响变量。限于样本量偏小,本研究对治疗药物种类、病程、发病次数、性别等因素未做分层分析,因此本研究结果待进一步分组重复验证。
参考文献
[1]R ai ch leM E,M ac Leod A M,SnyderAZ,et a.l A defau ltm ode of
b rai n f unction[J].ProcN atlAcad SciU S A,2001,98(2):676
-682.
[2]Greici us M D,Kras now B,Reiss AL,et a.l Fun cti onal connecti vit y
i n t he resti ng brai n:a net w ork anal ysis of the defaultm ode hypothe-
sis[J].Proc NatlA cad SciU S A,2003,100(1):253-258. [3]G reici us M D,Flores BH,M enon V,et a.l Resti ng-State Func-
tional Conn ectivit y i n M a j or Depress i on:Abnor m all y Increased Con tri buti on s fro m SubgenualC i ngu l ate C ortex and Thal a m us[J].
B i ol Psych iatry,2007,62(5):429-437.
[4]V an de Ven VG,For m i sano E,Prvu l ovic D,et a.l Fun cti onal
Connecti v i ty as Reveal ed by Spati a l Independ ent Co m pon entAn a-l
ysis of Fm riM eas u re m en ts Du ri ng R est[J].H um an B rai n M ap-
p i ng,2004,22(3):165-178.
[5]Garrit y AG,Pearl son GD,M c K iernan K,et a.l Aberran t/def au lt
m ode0f unctional conn ectivit y i n sch i zophren i a[J].Am J Psych ia-
try,2007,164(3):450-457.
[6]Zhao XH,W ang PJ,L i CB,et a.l A ltered d efau ltm od e net w ork
acti v i ty i n pati en tw ith anx i et y d is orders:an M f R I s t udy[J].Eur J R ad i o,l2007,63(3):373-378.
[7] 王丽,姚志剑,滕皋军,等.抑郁症静息状态的功能核磁共振成
像研究[J].中华精神科杂志,2008,41(1):25-28.
[8] D .A rge mbeau A,Ruby P,Collette F ,et a.l D istinct reg i ons of
t h em ed ial prefron tal cort ex are as soci ated w it h sel-f referenti al p ro -cess i ng and p ers pecti ve tak i ng [J ].J Cogn Neurosc,i 2007,19
(6):935-944.
[9] M ayberg H S .Pos i tron e m issi on t o m ography i m agi ng i n depression :
A neu ral syst e m s pers p ective [J ].Neu roi m agi ng C lin N Am,2003,13(4):805-815.
[10]V i debech P ,Ravnk ilde B,Pedersen TH,et a.l The Dan is h PET /
depression project :cli n i cal sy m pto m s and cerebral b l ood fl ow.A reg i on s -o-f i n terest anal ys i s[J].A cta Ps ych i atr Scand ,2002,106(1):35-44.
[11]K ill goreW D ,Yu rgel un -Todd DA .Acti vation of t h e a mygdale and
anteri or ci ngu late duri ng nonconsci ou s processi ng of s ad versus h appy faces [J].N euroIa mge ,2004,21(4):1215-1223.
[12]Caet an o SC,Kau r S ,B ra mb illa P ,et a.l Sm aller ci ngu l ate vo-l
um es i n un i polar depressed pati en ts[J].B i ol Psych i atry ,2006,59(8):702-706.
[13]DrevetsW C,Bogers W,R ai ch leM E,et a.l Functi onal an ato m -i
cal correlates of anti dep res san t d r ug treat m en t assessed us i ng PET m easures of reg i onal gl ucose m etaboli s m [J ].Eu r Neu ropsycho -phar m aco,l 2002,12(6):527-544.
[14]Cavanna AE,Tri m b l e M R .The p recuneu s :a revie w of its func -ti onal anat o m y and beh avi oural correl ates[J].Bra i n ,2006,129(Pt 3):564-583.
[15]Fox M D ,Snyd er AZ ,V i n cen t J L ,et a.l The hum an bra i n i s i n -tri ns icall y organ i zed i n t o dyna m i c ,anti correl ated f unctional n e-t w orks[J].Proc Natl Acad S ciU S A,2005,102(27):9673-9678.
(收稿日期:2008-02-14)
(责任编辑:曹莉萍)
(上接第269页)1.5 结果:1脑组织病理学改变:采用海马1次性注射的1号猴,脑组织病变局限于注射位点周围小范围区域,除注射部位锥体细胞消失,由增生的胶质细胞取代外,海马C A 1区和CA2区锥体细胞层及分子层可见少量神经细胞固缩和嗜神经细胞像,其余脑区未见明显病理改变。采用侧脑室微渗透泵灌注的3号猴,尼氏染色双侧海马可见神经细胞固缩,形态异常,轮廓不清,神经元尼氏体减少甚至消失(图1-A );尼氏染色内嗅区II 层锥体细胞数量减少,细胞排列存在明显中断区(图1-B);HE 染色齿状回颗粒细胞层可见液化性坏死及小胶质细胞浸润(图2-A );银染可见海马锥体细胞排列紊乱,顶树突神经原纤维扭曲,但未见老年斑和神经原纤维缠结。此外微渗透泵植入位点处侧脑室脉络
从上皮细胞,室管膜上皮细胞呈病理性增生,细胞由单层变为复层甚至多层。对照组2号猴双侧海马锥体细胞层未见明显病变区域,神经元细胞排列整齐,结构清楚,细胞核呈圆形,大而规则,核仁清晰(图1-C),偶见嗜神经细胞像;齿状回颗粒细胞排列有序,未见变性坏死区及小胶质细胞浸润;内嗅区II 层锥体细胞排列成连续的条带状,未见因神经细胞丢失而导致的排列中断现象(图1-D)。oA B 1~42的表达情况:免疫组化观察结果表明,实验组1号猴仅海马注射位点处存在少量散在的A B 沉积颗粒,注射位点周围脑区未见A B 沉积。采用侧脑室微渗透泵灌注的3号猴脑内观察到两种形式的A B 1~42沉积:一种是出现在双侧脑室脉络从上皮细胞、室管膜上皮细胞(图2-B)、
双侧海马锥体
图1 A :实验组(3)右侧海马CA1区锥体细胞胞体固缩,细胞轮廓不清,形态异常(N iss,l 10@40);B :实验组(3)左侧内嗅区II 层锥体细胞丢
失,细胞排列存在明显中断区(N iss,l 10@10);C :对照组右侧海马CA1区神经元尼氏体丰富,细胞核呈圆形,大而规则(N i ss,l 10@40);D :对照组左侧内嗅区,II 层锥体细胞排列连续(N i ss,l 10@10
)
图2 A :实验组(3)左侧齿状回小胶质细胞浸润(HE,10@20);B:实验组(3)右侧室管膜上皮细胞内A B 沉积(抗A B 1~42免疫组化染色,10
@40);C:实验组(3)右侧海马锥体细胞内A B 沉积(抗A B 1~42免疫组化染色,10@40);D:实验组(3)侧脑室旁细胞外A B 沉积(抗A B 1~42免疫组化染色,10@40)
(下转第286页)
生物医学工程研究ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ ２０１３，３２（３）：１４５～１４９国家自然科学基金资助项目（６１０７５１０７）；江苏省临床医学科技专项基金项目（ＢＬ２０１２０４１）。 △通信作者 Ｅｍａｉｌ：ｗｊｆｙｕｎｚｈｕ＠１６３．ｃｏｍ静息态脑功能网络中核心节点的定位 及其方法比较 武江芬１△，钱志余１，陶玲１，丁尚文１ （南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 ２１００１６） 摘要：本研究致力于对核心节点的定位方法进行比较，并将核心节点映射到相应的解剖区域。分别采用节点度法和介数中心度法求出网络中的核心节点，并通过参数易损性对两种方法进行比较，即分别去掉每一个核心节点，比较网络的全局效率受影响的程度，再进一步将采用介数中心度法将求出的核心节点定位到相应的解剖区域。结果表明采用介数中心度求出的核心节点易损性更大、实验结果的一致性更好，是更为有效的核心节点定义方法，正常人核心节点对应的解剖区域主要集中在顶叶和额叶。结果为进一步探索核心节点在脑网络中的作用奠定了基础，并为进一步研究功能网络的信息传输在解剖结构上的映射提供了帮助。 关键词：静息态脑功能网络；核心节点；节点度；介数中心度；易损性；脑区定位 中图分类号：Ｒ３１８；Ｑ－３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２６２７８（２０１３）０３０１４５０５ ＴｈｅＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｏｆＨｕｂｓ ｉｎｔｈｅＲｅｓｔｉｎｇＳｔａｔｅＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＢｒａｉｎＮｅｔｗｏｒｋ ＷＵＪｉａｎｇｆｅｎ１，ＱＩＡＮＺｈｉｙｕ１，ＴＡＯＬｉｎｇ１，ＤＩＮＧＳｈａｎｇｗｅｎ １（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｎｇｏｆｈｕｂｓａｎｄｍａｐｐｉｎｇｉｔｔｏｔｈｅａｎａｔｏｍｉｃａｌｂｒａｉｎｒｅｇｉｏｎｓ．Ｉｎｔｈｉｓｉｓｓｕｅ，ｗｅａｐｐｌｉｅｄｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｔｏｆｉｎｄｔｈｅｈｕｂｓｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｎｏｄｅｄｅｇｒｅｅａｎｄｂｅｔｗｅｅｎｎｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｔｙ（ＢＣ）．Ｔｈｅｎｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｔｏｄｅｌｅｔｅｎｏｄｓｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｇｌｏｂａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｔａｃｔｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｌｅｓｉｏｎｅｄｎｅｔｗｏｒｋ．ＩｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＢＣｍｅｔｈｏｄｗａｓａｍｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｉｎｃｅｔｈｅｈｕｂ′ｓｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＢＣｍｅｔｈｏｄｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｎｏｄｅｄｅｇｒｅｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｗａｓｂｅｔｔｅｒ．ＷｅｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｅｄＢＣｍｅｔｈｏｄｔｏｔｈｅａｎａｔｏｍｉｃａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｕｂｓ，ｗｈｉｃｈｆｏｕｎｄｔｈａｔｈｕｂｓｇａｔｈｅｒｉｎｔｈｅｆｒｏｎｔａｌａｎｄｐａｒｉｅｔａｌｌｏｂｅｏｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｌａｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｕｂｓｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅａｎａｔｏｍｉｃａｌｍａｐｐｉｎｇｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｅｌｉｖｅｒｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｅｓｔｉｎｇｓｔａｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｎｎｅｔｗｏｒｄ（ＲＳＮ）；Ｈｕｂｓ；Ｎｏｄｅｄｅｇｒｅｅ；Ｂｅｔｗｅｅｎｎｅｓｓｃｅｎｔｒａｌｉｔｙ；Ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ；Ｂｒａｉｎｒｅｇｉｏｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ １ 引 言 人脑是由多个神经元、神经元集群以及多个脑 区相互连接而成的复杂结构网络，各部分之间的神 经元相互配合完成脑的各种功能［１－２］。相对于解剖结构上存在的神经网络而言，大脑功能网络是个抽 象的网络，众多研究结果表明大脑功能网络具有小世界属性和模块化结构等拓扑属性［３－４］。网络的基本结构是节点和连线。网络中存在的少量核心节点对网络的全局信息传递效率起着非常重要的作用，其损失将会严重影响整个网络的完整 性和连通性［５－６］。准确寻找核心节点，并将核心节
静息态功能磁共振数据分析工具包 使用手册 宋晓伟（Dawnwei.song@https://www.doczj.com/doc/1211974272.html,） 文档版本: 1.3 文档修订日期: 2008-2-25 北京师范大学 认知神经科学与学习国家重点实验室
目录 一、开发背景介绍 (1) 二、软件用途和技术特点 (4) 三、设计与实现 (4) 四、测试 (5) 五、使用要求 (5) 六、使用方法演示 (6) (一)计算功能连接 (7) (二)计算局部一致性 (9) (三)计算低频振幅 (11) 七、详细使用说明 (13) (一)安装REST (13) (二)卸载REST (13) (三)启动REST (13) (四)在REST中设置待处理的数据目录 (16) (五)Mask 的设定 (16) (六)在REST中设定输出参数 (17) (七)可选项：去线性漂移 (18)
(八)可选项：滤波 (19) (九)局部一致性计算参数的设定 (20) (十)低频振幅计算参数的设定 (21) (十一)功能连接参数的设定 (21) (十二)点击“Do all”开始计算 (23) (十三)耗时估计 (24) (十四)其它工具 (24) 八、附注说明 (26) 九、参考文献 (28)
一、开发背景介绍 大脑是人体中最迷人也是人们了解最少的部分，科学家哲学家们一直在寻找大脑与行为、情感、记忆、思想、意识等的关系，却缺少一个非侵入性的高分辨率的技术方法来直接观察并确立这种联系，直到上世纪末功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）的出现（Ogawa et al., 1990），既能让人们观察到大脑结构又能让人们观察大脑结构的某一部分所具有的特定功能（Clare, 1997）。fMRI机制是血氧水平依赖性（Blood oxygen level dependent, BOLD）信号的变化。 目前认识到的大多数的脑功能都是通过对任务或刺激的控制，并同时记录与任务或刺激相应的行为学上的变化和神经活动的变化来得到的。从Hubel和Wiesel电生理学上的实验，到现在神经影像学上的认知激活实验范式，都说明这种方法是很成功的。如图1被试睁眼或闭眼交替进行，这种简单的任务刺激范式所带来的BOLD信号的变化可以清楚地在大脑的特定区域看到（图1是在视觉区），从而把大脑的功能和解剖结构联系了起来（Fox et al., 2007）。这种基于任务刺激的实验范式一般都使用广义线性模型（General linear model, GLM）计算刺激或控制变量的效应，检测相应于刺激的大脑激活区，从而认识大脑的功能。 图1、传统fMRI任务激活范式的分析：睁眼闭眼任务范式和初级视觉皮层的某个体素的BOLD信号。 （引自Fox et al., 2007） 对任务状态fMRI数据的分析和处理，研究者现在一般都使用软件SPM（Friston, 1995）或AFNI（Cox, 1996），这两个软件都可以使研究者很方便地基于GLM模型来分析和处理任务状态的fMRI数据。如图2是包括2个控制变量的GLM模型，研究者需要提供给软件的是设计矩阵，即研究者的控制变量，然后使用软件SPM（Friston, 1995）或AFNI（Cox, 1996）就可以很方便地估计出控制变量的效应大小，进而找到受控制变量影响的脑区，即和任务刺激相对应而激活的脑区。
2型糖尿病患者认知障碍静息态脑功能连接分析 [摘要] 目的利用?o息态脑功能磁共振成像的fALFF值及功能连接方法分析T2DM患者脑功能改变，探讨病情严重程度和认知障碍对于T2DM患者脑功能连接改变的影响。方法本研究基于静息态fMRI的方法，对31 例T2DM患者及27例健康对照者基于比率低频振幅技术进行脑功能连接分析研究。得到病例组和对照组的所有被试者的fALFF值并进行组间比较，获取fALFF值有差异的脑区；以这些脑区为种子点进一步进行基于全脑体素水平的功能连接分析，最后将患者的MMSE评分与异常功能连接的脑区进行相关分析。结果结果显示多个脑区功能连接异常，T2DM患者与健康对照者相比共有7个脑区的fALFF值出现异常增加或减低；基于这些脑区进行全脑体素水平的功能连接分析，有多个脑区出现功能连接的异常增强或减弱；患者的MMSE评分与异常功能连接的脑区存在一定的相关性。结论T2DM患者存在多个脑区fALFF值异常及多个功能连接异常的脑区，其中部分脑区可能是其产生认知功能及视觉功能障碍的神经病理机制，同时部分脑区存在认知及运动功能异常及代偿的神经调控机制；患者临床认知障碍与多个不同脑区的功能连接强度均有不同程度的相关。
[关键词] 2型糖尿病；认知障碍；比率低频振幅；功能连接 [中图分类号] R587.1；R445.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2018）09-0008-05 Analysis of resting brain functional connectivity in type 2 diabetic patients with cognitive impairment LIU Yongbo1，2 LU Li1 1.Basic Medical College of Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China； 2.Shanxi Lu'an Group General Hospital，Changzhi 046204，China [Abstract] Objective To analyze the changes of brain function in patients with T2DM by using fALFF value of resting state functional magnetic resonance imaging and functional connection method，and to explore the effect of severity of disease and cognitive impairment on the changes of brain function in patients with T2DM. Methods The brain functional connectivity analysis of 31 patients with T2DM and 27 healthy controls based on the fractional amplitude of low-frequency fluctuation was studied，based on the resting state fMRI method. The fALFF values of all subjects in the case group and the control group were obtained and compared between the groups to obtain the brain regions with different fALFF values.
国际医学放射学杂志International Journal of Medical Radiology 2010Sep ;33(5)作者单位：510515广州，南方医院影像中心通讯作者：邱士军,E-mail:qiu-sj@https://www.doczj.com/doc/1211974272.html, *审校者 DOI:10.3784/j.issn.1674-1897.2010.05.Z0501 【摘要】 大脑半球多个脑区血流低频振荡信号变化存在同步性，它反映了这些脑区的神经活动存在相关性，这 些脑区间神经活动相互关系被定义为功能连接。扩散张量成像是目前唯一可以无创伤地获取人脑白质纤维束信息的技术。联合应用功能连接与扩散张量白质纤维束成像技术，可以探讨研究人脑静息态功能连接与解剖结构连接之间的关系。就静息态功能连接与扩散张量成像的基本原理、特点以及两者联合应用进行综述。 【关键词】 静息态；功能连接；结构连接；扩散张量成像 静息态功能连接与解剖结构连接在人脑中联合研究 Combination of resting-state functional MRI and anatomical links in assessing human brain connectivity 刘珍银邱士军神经放射学 * 综述 脑的结构组织所体现的功能特征主要表现在功能分区与功能整合。大脑半球多个脑区血流低频振荡信号变化存在时域相关性，它反映了这些脑区的神经活动存在相关性，脑区间神经活动相互关系被定义为功能连接。已有证据证明大脑神经元在解剖学上和功能上都是分组的（形成神经元簇），解剖上也已经发现了功能柱的结构存在。通常认为脑部功能连接反映脑部解剖结构连接，但是关于两者的确切关系仍未完全明了。 1静息态功能连接的概念 Biswal 等[1]首次以左侧大脑半球运动皮质作为感兴趣区（ROI ），检测其血氧水平依赖（blood oxygen level dependent,BOLD ）信号低频成分（f <0.08Hz ）的时间序列，并与全脑其他脑区的低频BOLD 信号时 间序列作相关分析。结果表明，即使在没有任务状态下，左右两侧大脑运动皮质BOLD 信号低频成分存在显著的时间相关性。功能连接被定义为“空间上分离的部位在神经生理活动过程中的相互关系”。静息态功能磁共振成像（resting -state functional magnetic resonance imaging,resting -state fMRI ）是近年来脑功能研究热点之一，与任务态脑 功能成像不同，其不需外部刺激或任务设置，反映人脑处于静息状态下的神经活动。对于任务相关的脑功能成像研究，常采用组块（BLOK ）实验设计方法，其数据处理常采用模型驱动（mold-based ）的方法，即根据任务态与静息态脑区BOLD 信号的差异值确定激活脑区，这间接反映了任务相关的局部脑区神经元活动；然而，人脑处于静息状态时，多个脑 区仍存在自发神经元活动，并且呈现时间相关性。在没有任何外部刺激的静息态下进行脑功能实验研究，需采用新的分析方法，如选取某感兴趣区作为种子体素，以种子体素的BOLD 信号时间序列与全脑其他体素作相关分析，但此方法亦存在局限性，ROI 的选择可能因手工操作者不同而存在差异，同时此方法亦可出现假阴性结果[2]。为避免这些问题，常联合应用独立成分分析（independent compon- ent analysis,ICA ）方法进行BOLD 信号数据处理，ICA 方法将四维BOLD 信号分解成三维空间信息与一维时间序列信息。这些BOLD 信号中既包含了 反映脑部神经元活动信息，又包含了机体运动或生理活动产生的噪声[3]，虽然联合应用ICA 方法可以一定程度分离出诸如心脏博动、呼吸运动等噪声，但仍有不少残留噪声[4]。收集这些生理噪声信息，并在BOLD-fMRI 信息数据处理过程中减去相应的生理噪声信息数据，可成为解决此问题的方法之一。应用上述方法可以显示脑部功能连接图，但仅反映大脑皮质的神经元活动情况，不能显示脑白质信息。 2扩散张量成像的基本原理 纤维束成像是近年来在扩散加权成像 （diffusion weighted imaging,DWI ）基础上迅速发展起来的MRI 新技术，它使得在活体研究人脑白质纤维结构成为可能。Pierpaoli 等[5]首先应用扩散张量成像 (diffusion tensor imaging,DTI)技术在活体人脑勾画出脑白质主要纤维束结构走向。DTI 基本原理：在均质 的水中，水分子的扩散运动表现为三维随机运动，其在不同的方向扩散程度相同，称为各向同性（isotropic ）；但在人脑组织中，水分子的运动则因为 :411-415;431
静息态功能核磁共振技术发展及其应用 一、什么是静息态功能核磁共振技术 （一）、功能磁共振技术及其原理 人脑是自然界进化最为复杂的产物，揭示脑的奥秘是当代自然科学面临的最重大的挑战之一。近年来随着脑成像技术及神经科学的发展，人们对脑的研究已不仅局限于解剖定位，更多的是对脑功能活动基本过程的深入研究。功能磁共振成像是90年代以后发展起来的一项新技术，它结合了功能、影像和解剖三方面的因素，是一种在活体人脑中定位各功能区的有效方法，它具有诸多优势，如无创伤性、无放射性、具有较高的时间和空间分辨率、可多次重复操作等，因此，功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI )作为脑功能成像的首选方法已被较广泛应用。功能磁共振成像主要是基于血流的敏感性和血氧水平依赖性(blood oxygenation level dependent，BOLD )对比度增强原理进行成像。所谓血氧水平依赖性是指大脑皮层的微血管中的血氧浓度发生变化时，会引起局部磁场发生变化，从而引起核磁共振信号强度的变化。采用基于 BOLD的功能磁共振成像技术进行脑活动研究在近十年中得到了迅速的发展，BOLD f MRI以空间和时间分辨率均较高的优势,逐渐成为对活体脑功能生理、病理活动研究的重要手段之一。其无创性和可重复性使之在临床得以迅速而广泛的应用和认同功能磁共振检查方法对人体无福射损伤，并且其时间及空间分辨率较高，一次成像可同时获得解剖影像及功能影像。功能磁共振成像原理是通过磁共振信号检测顿脑内血氧饱和度及血流量，从而间接反映神经元的活动情况，达到功能成像的目的。BOLD 技术是功能磁共振成像的基础；神经元活动增强时，脑功能区皮层的血流量和氧交换増加，但与代谢耗氧量增加不成比例，超过细胞代谢所需的氧供应量，其结果可导致功能活动区血管活动氧合血红蛋白増高，脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有４个不成对电子，磁矩较大，有明显的Ｔ２缩短效应。因此，脱氧血红蛋白减少，导致Ｔ２＊和Ｔ２弛豫时间延长，信号増高，使脑功能成像时功能活动去抑制的皮层表现为高信号。功能磁共振成像应用于人脑功能的研究，最常用的方法是利用各种刺激诱导局部脑组织血氧水平依赖信号发生变化，间接反映神经元的活动,这种方法被称为“事件相关功能性磁共振( event-related f MRI)”。