基于静息态fMRI的功能连接分析方法的研究
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静息态功能磁共振静息态功能磁共振(Resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)是一种用于研究大脑神经活动的非侵入性神经影像学技术。
与传统的任务激活性功能磁共振成像不同,静息态功能磁共振不需要被试者执行特定的认知任务,而是在被试者松弛状态下,记录大脑在静息状态下的神经活动情况。
本文将探讨静息态功能磁共振技术的原理、应用和局限性。
静息态功能磁共振技术基于大脑的自发神经活动。
即使在被试者休息状态下,大脑的神经元仍然会不断地进行自发性活动,形成所谓的“静息态网络”。
这些网络包括默认模式网络(DMN)、前脑网络、感觉运动网络等。
静息态功能磁共振通过测量大脑不同区域的血氧水平变化,可以揭示这些静息态网络之间的相互连接和功能关系,为研究大脑功能提供了新的视角。
静息态功能磁共振在神经科学研究中具有广泛的应用。
首先,它可以用于研究大脑的功能连接和网络结构,揭示不同脑区之间的信息传递路径和调控机制。
其次,静息态功能磁共振还可以用于疾病诊断和治疗监测。
许多精神疾病如抑郁症、焦虑症等都与大脑功能网络的异常有关,静息态功能磁共振可以帮助医生更好地理解这些疾病的病理机制,为个体化治疗提供依据。
然而,静息态功能磁共振也存在一些局限性。
首先,由于大脑的自发神经活动受到许多因素的影响,如心理状态、环境因素等,因此静息态功能磁共振的测量结果具有一定的不稳定性。
其次,静息态功能磁共振无法直接测量神经元的电活动,只能通过血氧水平变化间接地反映神经活动情况,因此在解释结果时需要谨慎。
总的来说,静息态功能磁共振作为一种新兴的神经影像学技术,在研究大脑功能和疾病机制方面具有重要意义。
随着技术的不断发展和完善,相信静息态功能磁共振将在神经科学研究和临床实践中发挥越来越重要的作用,为人类认识大脑、治疗疾病带来新的希望。
愿静息态功能磁共振技术能够为人类健康和幸福作出更大的贡献。
2型糖尿病合并高血压对脑功能联合损伤效应的静息态fMRI研究张东升ꎬ高㊀洁ꎬ严雪娇ꎬ程㊀苗ꎬ折㊀霞ꎬ汤㊀敏ꎬ张小玲陕西省人民医院MRI室㊀陕西㊀西安㊀710068㊀㊀ʌ摘㊀要ɔ㊀目的㊀探讨静息状态下2型糖尿病合并高血压对大脑神经元自发活动及认知功能是否存在联合损伤效应ꎮ方法㊀选取18例2型糖尿病合并高血压患者(T2DM+HTN)及18例单纯2型糖尿病患者(T2DM)行fMRI检查及神经心理学量表测试ꎬ观察组间低频振幅(ALFF)改变的脑区及神经心理学量表差异ꎬ并以组间差异脑区为感兴趣区(ROI)与神经心理学量表行相关性分析ꎮ结果㊀相对于单纯T2DM患者ꎬT2DM+HTN患者双侧后扣带/楔前叶ALFF值减低ꎬ并且T2DM+HTN患者活动减低脑区与连线测试A(TMT ̄A)负相关ꎮ结论㊀T2DM+HTN对大脑神经元自发活动存在联合损伤效应ꎬ损伤区域主要位于双侧后扣带/楔前叶ꎮʌ关键词ɔ㊀2型糖尿病ꎻ高血压ꎻ磁共振成像ꎻ低频振幅中图分类号:R587.1ꎻR445.2㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1006 ̄9011(2021)10 ̄1629 ̄05Evaluatingthecombineddamageoftype2diabetesandhypertensiononspontaneousbrainactivitybyrestingstatefunc ̄tionalMRIZHANGDongshengꎬGAOJieꎬYANXuejiaoꎬCHENGMiaoꎬZHEXiaꎬTANGMinꎬZHANGXiaolingDepartmentofMRIꎬShanxiProvincialPeople sHospitalꎬXi an710068ꎬP.R.ChinaʌAbstractɔ㊀Objective㊀Toexplorewhetherthereiscombineddamageoftype2diabetesandhypertensiononthespontaneousbrainactivityatrestingstateandcognitivefunction.Methods㊀RestingstatefMRIandneuropsychologicalassessmentwereper ̄formedon18diabeticparticipantswithhypertension(T2DM+HTN)and18participantswithdiabeticonly.DifferencesinALFFandneuropsychologicalscorewerecomparedbetweenthetwogroups.Thenꎬtheregionsthatshowedsignificantlydifferentwerese ̄lectedasregionsofinterest(ROI)forthecorrelationanalysisbetweenALFFvaluesandneuropsychologicalscore.P<0.05wasconsideredstatisticallysignificant.Results㊀ComparedwithT2DMꎬT2DM+HTNhaddecreasedALFFinbilateralposteriorcin ̄gulatecortex/precuneusꎬwhichwasalsonegativelycorrelatedwithTMT ̄A.Conclusion㊀T2DMandHTNhavecombineddam ̄ageonthespontaneousbrainactivityꎬandtheimpairedregionsmainlylocateinthebilateralposteriorcingulatecortex/precuneus.ʌKeywordsɔ㊀Type2diabetesmellitusꎻHypertensionꎻMagneticresonanceimagingꎻAmplitudeoflow ̄frequencyfluctuation㊀㊀2型糖尿病(type2diabetesmellitusꎬT2DM)是目前最为常见的慢性疾病之一ꎬ研究[1]显示ꎬT2DM不仅会引起脑结构及神经元自发活动异常ꎬ并且会导致注意力㊁执行功能㊁视觉信息处理等多种认知功能损伤[2]ꎮ约75%T2DM患者合并有高血压(hy ̄pertensionꎬHTN)[3]ꎬHTN会引起脑萎缩及广泛的脑灌注异常[4 ̄5]ꎬ同样会导致视觉空间ꎬ神经反应速度㊁注意力及记忆力等认知功能下降[6 ̄7]ꎮT2DM及HTN均为轻度认知功能障碍的高危因素之一ꎬ相对于单纯T2DM患者ꎬT2DM合并HTN是否会加剧患者脑功能损伤及认知功能下降ꎬ目前相关研究较基金项目:陕西省重点研发计划项目(编号:2018ZDXM ̄SF ̄038)ꎻ陕西省重点研发计划项目(编号:2019SF ̄131)作者简介:张东升(1985 ̄)ꎬ男ꎬ医学硕士ꎬ主治医师ꎬ主要从事医学影像学诊断工作通信作者:高洁㊀E ̄mail:gaojie8661@163.com少ꎮ低频振幅(amplitudeoflow ̄frequencyfluctua ̄tionꎬALFF)能够反映静息状态下单个体素血氧水平依赖(bloodoxygenationleveldependentꎬBOLD)信号ꎬ在低频振幅(0.01~0.08Hz)下神经元自发的固有的活动[8]ꎬ已被广泛应用于评价多种神经精神疾病脑功能损伤情况ꎮ本文拟采用静息态功能磁共振ALFF方法ꎬ探讨T2DM合并HTN对患者大脑神经元自发活动及认知功能损伤的联合效应ꎮ1㊀资料与方法1.1㊀临床资料选取我院T2DM患者36例ꎬ纳入须符合世界卫生组织T2DM的诊断标准ꎬ包括:1)空腹血糖ȡ7.0mmol/Lꎻ2)口服糖耐量试验2h餐后血糖ȡ11.1mmol/Lꎻ3)有三多一少症状ꎬ且随机血糖ȡ11.1mmol/Lꎬ若无高血糖的症状ꎬ标准中的1)㊁2)项应9261进行复查ꎬ两次达到标准即可诊断ꎻ年龄40~70岁ꎻ无精神药物滥用或依赖史ꎻ无其它神经及精神病史ꎬ既往无神经系统外伤手术史ꎻ均为右利手ꎮ排除标准:有听力㊁语言交流困难㊁幽闭恐惧症等无法配合MRI检查者ꎻ合并其他内分泌疾患者ꎻ合并影响认知功能的其它精神及神经疾病者ꎻ被试者常规MRI扫描异常ꎬ包括脑血管意外㊁肿瘤㊁外伤㊁感染㊁先天性脑发育异常等ꎮ根据血压将被试者分为两组ꎬT2DM合并HTN组(T2DM+HTN)及单纯T2DM组ꎬHTN诊断标准要求被试者收缩压ȡ140mmHg或(和)舒张压ȡ90mmHgꎮT2DM+HTN组18例中男性13例ꎬ女性5例ꎬ年龄46~64岁ꎬ平均年龄(55 7ʃ6.7)岁ꎮ选择人口学资料相匹配的单纯T2DM组患者18例ꎬ其中男性15例ꎬ女性3例ꎬ年龄44~64岁ꎬ平均年龄(55.3ʃ6.0)岁ꎮ本文经陕西省人民医院伦理委员会批准ꎬ所有被试者在检查前均被详细告知试验内容及方法ꎬ并签署知情同意书ꎮ1.2㊀检查方法采用3.0TPhilipsIngenia磁共振扫描仪ꎬ使用16通道相控阵头线圈ꎮ检查过程中被试者仰卧ꎬ保持全身静止不动ꎬ闭目ꎬ清醒ꎬ并且不要进行特别的思考ꎮ用棉垫帮助固定头部ꎬ以耳塞帮助降低噪音ꎮ首先行常规T1WI㊁T2WI及T2 ̄FLAIR序列用于临床影像学诊断ꎬ剔除脑实质有明显病变的被试者ꎮ随后行3D ̄T1WI及静息态fMRI扫描ꎬ静息态数据采用梯度回波平面成像序列ꎬ扫描参数:TR2000msꎬTE30msꎬFOV230mmˑ230mmꎬ矩阵128ˑ128ꎬ翻转角90ʎꎬ采集200个时间点ꎬ层厚4mmꎬ共34层ꎮ1.3㊀神经心理学评估被试者需完成简易智力状态检查量表(mini ̄mentalstateexaminationꎬMMSE)㊁蒙特利尔认知评估量表(montrealcognitiveassessmenꎬMoCA)㊁连线测试A(trail ̄makingtestpartAꎬTMT ̄A)及画钟试验(clockdrawingtaskꎬCDT)ꎮMMSE及MoCA用于评估被试者的一般认知功能ꎬTMT ̄A评估被试者神经反应速度及注意力ꎬCDT评估被试者视觉空间功能ꎮ心理测试由经过心理学测试培训的本科室护士完成ꎮ1.4㊀图像后处理利用dpabi2.3软件对3D ̄T1WI及静息态数据进行处理及统计学分析ꎮALFF数据处理流程如下ꎬ去除前10个时间点ꎬ行时间校正及空间校正ꎬ剔除头动较大患者(平动ȡ1.5mmꎬ角动ȡ1.5ʎ)ꎬ将静息态数据配准到3D ̄T1WI模板中ꎬ将头动参数㊁白质㊁脑脊液信号作为协变量剔除ꎬ标准化到3mmˑ3mmˑ3mm分辨率重采样ꎬ然后采用FWHM为6的高斯平滑核进行平滑处理ꎬ得到每个被试者全脑ALFF(0.01~0.08Hz)信号图ꎮ随后对两组被试者行两独立样本t检验ꎬ组间比较结果采用高斯随机场(gaussianrandomfieldsꎬGRF)校正ꎬ单个体素P<0.001ꎬ校正后P<0.05ꎮ1.5㊀统计学分析使用SPSS17.0统计软件ꎬ对一般人口学资料数据符合正态分布的采用两样本t检查ꎬ采用 2检验比较组间性别及并发症的差异ꎮ提取活动有显著性差异脑区的ALFF值ꎬ以BMI为协变量ꎬ分别与两组MMSE㊁MoCA㊁CDT及TMT ̄A评分进行偏相关分析ꎮ所有统计学检验均为双侧ꎬ以P<0.05为差异有统计学意义ꎮ2㊀结果2.1㊀两组被试者资料比较两组被试者在年龄㊁性别㊁病程㊁受教育程度㊁糖化血红蛋白㊁空腹血糖㊁甘油三酯㊁总胆固醇㊁低密度脂蛋白㊁高密度脂蛋白㊁腰围等资料方面差异均无统计学意义ꎮT2DM+HTN组收缩压㊁舒张压及BMI明显高于单纯T2DM组ꎬT2DM+HTN组CDT评分明显低于单纯T2DM组ꎮMMSE㊁MoCA及TMT ̄A测试结果两组间差异均无统计学意义ꎬ见表1ꎮ2.2㊀静息态fMRI结果组间比较结果显示ꎬ相对于单纯T2DM患者ꎬT2DM+HTN组患者双侧后扣带/楔前叶神经元自发活动减低(图1a~1e)ꎬ体素值=65ꎬ最大差异点MNI坐标( ̄3ꎬ ̄60ꎬ15)ꎮ2.3㊀相关分析结果T2DM+HTN组双侧后扣带/楔前叶ALFF活动减低程度与TMT ̄A评分呈负相关(P=0.033ꎬR= ̄0.534)ꎮ3㊀讨论㊀㊀本文发现相对于单纯T2DM患者ꎬT2DM+HTN患者双侧后扣带/楔前叶ALFF值减低ꎬ并且活动减低脑区ALFF值与TMT ̄A负相关ꎬ提示T2DM合并HTN对患者大脑神经元自发活动存在联合损伤效应ꎮ后扣带(posteriorcingulatecortexꎬPCC)包括楔前叶及压后部皮质[9]ꎬ由于PCC及楔前叶解剖位置毗邻ꎬ并且在功能上具有一致性ꎬ在此将一并讨论ꎮ0361表1㊀T2DM+HTN组及单纯T2DM组一般人口学㊁临床资料及认知评分T2DM+HTN组T2DM组P值年龄(岁)55.7ʃ6.755.3ʃ6.00.87性别(男/女)13/515/30.69受教育程度(年)13.17ʃ2.7313.94ʃ1.950.81BMI(kg/m2)25.75ʃ2.9124.00ʃ1.120.02∗收缩压(mmHg)146.39ʃ13.70116.83ʃ7.27<0.001∗舒张压(mmHg)90.05ʃ12.4974.17ʃ6.47<0.001∗病程(年)7.11ʃ5.516.78ʃ4.810.85视网膜病变(例)520.40周围神经病变(例)8100.74糖尿病肾病(例)11111.00腰围(cm)92.31ʃ8.8287.11ʃ5.870.07HbA1c(%)7.80ʃ1.498.34ʃ1.910.35空腹血糖(mmol/L)9.17ʃ2.959.05ʃ3.140.90甘油三脂(mmol/L)3.21ʃ6.041.41ʃ0.440.22总胆固醇(mmol/L)5.21ʃ1.894.39ʃ0.770.10低密度脂蛋白(mmol/L)2.67ʃ0.822.45ʃ0.480.35高密度脂蛋白(mmol/L)1.13ʃ0.261.10ʃ0.240.65CDT15.14ʃ5.7920.82ʃ6.670.01∗TMT ̄A(s)78.11ʃ22.7970.61ʃ29.820.40MMSE27.94ʃ2.2828.39ʃ1.420.49MoCA26.22ʃ2.5327.05ʃ2.210.30㊀㊀注:∗P<0.05ꎻBMIꎬ体质指数ꎻHbA1cꎬ糖化血红蛋白ꎻCDTꎬ画钟试验ꎻTMT ̄Aꎬ连线测试AꎻMMSEꎬ简易智力状态检查量表ꎻMoCAꎬ蒙特利尔认知评估量表先前笔者[10]采用ALE ̄Meta分析发现T2DM患者在静息状态下PCC神经元自发活动减低ꎬ证实PCC是T2DM静息态下易损脑区之一ꎮPCC是默认功能网络(defaultmodenetworkꎬDMN)的中心节点ꎬDMN网络是静息态中大脑相对稳定的活动模式ꎬ与个体的内感受及自醒等功能有关[11]ꎬ在静息状态下ꎬDMN网络的神经元长期处于活动状态ꎮ神经元活动是一种高代谢过程并且会增加有氧酵解ꎬ会导致相关脑区更易堆积淀粉样物质ꎬ而T2DM患者葡萄糖代谢异常可能加剧此过程[12]ꎬ淀粉样物质能够损伤线粒体功能进而导致脑功能异常[13]ꎮRaichle等[14]研究发现后扣带/楔前叶比其他脑区脑血流量及代谢率平均高出约40%ꎬ即相对于其他脑区来说更易受高血糖所致的脑损伤ꎬ故T2DM患者PCC长期淀粉样物质异常堆积可能是导致其功能异常的主要原因ꎮHTN会引起脑血流动力学改变ꎬ血压升高时血管阻力增加引起血管壁增厚ꎬ导致血管腔内容积减少ꎬ相应脑区血流量减少ꎮ文献报道[15]显示认知功能正常的老年HTN患者PCC等多个脑区局部脑血流量下降ꎮ近期有研究[16]发现HTN患者在Sroop任务中楔前叶㊁扣带回等广泛脑区激活增加ꎮ这些研究提示HTN患者PCC结构及功能均存在异常ꎮALFF反映静息状态下神经元自发的固有的活动ꎬ然而ꎬ血流动力学特性会影响BOLD信号所反映的神经元活动情况ꎮ脑血管疾病能够改变神经元活动[17]ꎬ并且有研究[18]显示家族性高血压的健康青年部分脑区BOLD信号存在异常ꎬ这提示BOLD信号与血流动力学改变可能存在交互作用ꎮ此外ꎬ高血糖同样会引起血管及血流动力学改变ꎬ基于磁共振灌注成像的研究[19]也证实T2DM患者视觉及DMN区域存在脑血流量下降ꎬ并且与认知功能相关ꎻ由此可见T2DM及HTN在脑功能损伤生理病理基础上存在协同促进作用ꎬ两种效应叠加会进一步加重相应脑区功能异常ꎮTchistiakova等[20]从结构学角度也证实T2DM及HTN对脑的联合损伤效应ꎬ结果显示相对于单纯HTN患者ꎬT2DM+HTN患者枕叶皮层灰质厚度减少及脑血管反应性降低ꎬ并且发现PCC及楔前叶等脑区皮层厚度与执行功能相关ꎮ虽然已经证实T2DM及HTN均会造成认知功能损伤ꎬ但在T2DM+HTN患者中ꎬ这种损伤源于糖代谢或(和)脑血流异常仍然存在争议ꎮ本文结果显1361图1a~1e㊀相对于单纯T2DM组ꎬT2DM+HTN组ALFF值减低的脑区ꎬ单个体素P<0.001(GRF矫正ꎬP<0.05)ꎮ左上角数字显示为坐标ꎻ条图上浅蓝 ̄深蓝对应t值从大至小示T2DM+HTN组CDT评分明显低于单纯T2DM组ꎬ提示T2DM+HTN组患者视觉空间功能损伤更为明显ꎮ虽然T2DM组与T2DM+HTN组在其他行为学量表评分组间并无统计学差异ꎬ但T2DM+HTN组TMT ̄A用时相对更长ꎬ提示T2DM+HTN患者注意力及神经反应速度较差ꎮPCC参与信息处理速度㊁记忆力㊁注意力等多种认知单元ꎬ尤其在调节注意力方面具有重要作用ꎬ具有调控及平衡内㊁外注意力的能力[21]ꎮ本组结果提示T2DM+HTN患者双侧后扣带/楔前叶ALFF值与TMT ̄A负相关ꎬ进一步证实PCC活动减低及相关认知功能损伤是T2DM合并HTN的联合效应所致ꎮ本文存在一定的局限性:首先ꎬ样本量较小ꎬ这可能是导致所观察到阳性结果较少的原因之一ꎮ其次ꎬ作为横断面观察ꎬ只能推测T2DM合并HTN对脑损伤存在联合效应ꎬ后期还需进一步行纵向观察以证实我们的假设ꎮ综上所述ꎬ本组结果证实T2DM及HTN对患者大脑神经元自发活动存在联合损伤效应ꎬ受损脑区主要位于双侧后扣带/楔前叶ꎮ提示在T2DM+HTN患者的临床治疗过程中ꎬ在有效调控T2DM的情况下合理控制血压ꎬ可能降低患者脑功能的损伤ꎮ参考文献:[1]白伟ꎬ郭炜ꎬ陈自谦.2型糖尿病视网膜病变患者脑自发神经活动的静息态功能磁共振研究[J].医学影像学杂志ꎬ2018ꎬ28(2):191 ̄195.[2]MacphersonHꎬFormicaMꎬHarrisEꎬetal.Brainfunctionalal ̄terationsinType2Diabetes ̄AsystematicreviewoffMRIstudies[J].Frontiersinneuroendocrinologyꎬ2017ꎬ47(1):34 ̄46.[3]ColosiaADꎬPalenciaRꎬKhanS.Prevalenceofhypertensionandobesityinpatientswithtype2diabetesmellitusinobserva ̄tionalstudies:asystematicliteraturereview[J].DiabetesꎬMet ̄abolicSyndromeandObesity:TargetsandTherapyꎬ2013ꎬ6(1):327 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区域大脑功能连接技术的应用教程与认知能力分析区域大脑功能连接技术被广泛应用于认知神经科学领域,通过对大脑内各个区域之间连接模式的研究和分析,揭示了大脑在不同认知任务下的网络结构和功能调控机制。
本文将为读者介绍区域大脑功能连接技术的应用教程,并结合具体案例,分析其在评估认知能力中的应用价值。
一、区域大脑功能连接技术的基础原理区域大脑功能连接技术基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据,通过计算脑区之间的时空相关性,揭示大脑内不同区域之间的功能连接模式。
其基本步骤包括:数据获取与预处理、功能连接构建和统计分析。
在数据获取与预处理阶段,研究者通过rs-fMRI技术获取被试的脑部图像数据,并对其进行数据清洗、去趋势、去头部运动等预处理过程,以消除来自于技术因素和个体差异的干扰。
在功能连接构建阶段,研究者通常采用基于Pearson相关系数或互信息的方法,计算不同脑区之间的功能连接强度。
通过连接矩阵的构建,可以描述出大脑网络的拓扑结构,进而分析其功能连接特征。
最后,在统计分析阶段,研究者可以采用多种方法进行分析,如基于图论的参数计算、功能模块检测和脑网络图分析等等,以探索大脑网络的组织原则和功能特征。
二、区域大脑功能连接技术的应用教程1. 数据获取与预处理在进行区域大脑功能连接技术的研究中,首先需要获取被试者的静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据。
常用的扫描参数包括TR(重复时间)、TE(回波时间)、片厚和片间间隔等。
一般来说,需要保证数据的空间分辨率在2mm左右,以获得较高的图像质量。
对于数据的预处理,主要包括去除头动和噪声、去掉线性趋势、去除低频信号等步骤。
常用的预处理软件包括AFNI、FSL和SPM 等,可以根据实际情况选择合适的软件进行处理。
2. 功能连接构建在功能连接构建阶段,可以根据研究的需要选择不同的功能连接计算方法。
常用的方法包括Pearson相关系数、互信息、时滞相关和小波相关等。
静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究1. 本文概述本文旨在系统地探讨静息状态下脑功能连接的磁共振成像(Restingstate Functional Magnetic Resonance Imaging, rsfMRI)研究,这一领域近年来已成为认知神经科学与临床神经影像学研究的核心议题之一。
静息态功能成像是通过监测大脑在无特定任务指令下自发性神经活动的时空模式,揭示内在的脑网络组织及其动态变化,对于理解大脑的正常功能架构、疾病发生机制以及个体差异提供了独特视角。
本文首先概述rsfMRI的基本原理,包括其依赖的血氧水平依赖(Blood Oxygen Level Dependent, BOLD)信号以及如何利用这一信号反映神经元活动引起的局部血液动力学变化。
接着,我们将详细介绍静息态脑功能连接的主要分析方法,如种子点分析、独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)、图论网络分析等,阐述这些方法如何从不同层面揭示大脑区域间的时间同步性和功能集成性。
默认模式网络(Default Mode Network, DMN):作为最早识别且最为人所知的静息态网络,DMN涉及后扣带回皮层、楔前叶、外侧顶叶及内侧前额叶皮层等多个脑区,其在静息状态下表现出高度的内在连通性,并与自我参照思维、记忆检索、情感调控等高级认知功能密切相关。
我们将回顾DMN的结构特征、功能属性及其在健康和疾病状态下的变异规律。
其他关键网络及其功能:除DMN之外,静息态研究还揭示了多个具有特定功能特性的脑网络,如执行控制网络、感觉运动网络、视觉网络等。
本文将概述这些网络的组成、功能角色以及它们在静息态下与其他网络的交互关系。
静息态功能连接的临床应用:探讨rsfMRI在诊断、预后评估及治疗监测中的价值,特别是在神经精神疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症、抑郁症等)、脑损伤(如创伤后应激障碍、中风等)以及发展障碍(如自闭症谱系障碍)等领域的研究成果。
大脑静息态网络连接模式及其意识状态预测大脑作为人类神经系统的核心,一直以来都是科学家们的研究热点。
近年来,有关大脑静息态网络连接模式及其意识状态预测的探索引起了广泛的关注。
本文将对大脑静息态网络连接模式的概念进行解释,并探讨如何通过这种模式来预测意识状态。
首先,我们来了解大脑静息态网络连接模式的基本概念。
静息态是指个体在安静、无任务、无外界刺激下的大脑状态。
在这种状态下,大脑各个区域之间的连接和相互作用与执行任务时的状态有所不同。
研究者使用功能磁共振成像(fMRI)等技术来观察个体在静息态下的大脑网络连接模式。
在大脑静息态下,大脑网络不同区域之间的连接被分为“内在连接网络(Intrinsic Connectivity Networks, ICNs)”。
这些网络在没有特定任务的情况下依然存在,并且在个体之间具有一定的普遍性。
典型的ICNs包括默认模式网络(Default Mode Network, DMN)、前脑控制网络(Dorsal Attention Network, DAN)和视觉网络(Visual Network)等。
每个网络在大脑中的位置和功能都有所不同。
然而,大脑静息态的网络连接模式是如何与意识状态相关联的呢?研究发现,大脑静息态的网络连接模式与个体的意识状态之间存在一定的关联。
意识状态是指一个人对外界刺激的感知和理解程度,包括清醒、昏迷、睡眠等不同状态。
通过研究大脑静息态的网络连接模式,科学家们试图了解不同意识状态之间的差异,并尝试预测个体的意识状态。
在这方面,一种常用的方法是使用机器学习技术。
研究者将大量已知意识状态的数据输入机器学习模型,让模型建立与意识状态之间的关联。
然后,将未知意识状态的数据输入到训练好的模型中,通过模型的预测结果来预测个体的意识状态。
这种方法在一定程度上可以准确地预测个体的意识状态,但仍需进一步的研究和改进。
除了机器学习技术,还有一些其他的方法可以用于预测个体的意识状态。
AD患者脑功能偏侧性改变的静息态fMRI研究张乐乐;赵小虎;林起湘;席芊【摘要】目的采用功能磁共振技术,探讨阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者静息状态下的脑功能偏侧性的改变.方法实验数据均来自ADNI(Alzheimer disease Neuroimaging Initiative)数据库,以17例右利手阿尔茨海默病患者为研究对象,19例右利手正常老年人作为对照.将全脑灰质随机划分为左右半球对称的256对种子区,基于功能连接分析法计算偏侧性指数(laterality index,LI),量化分析静息态下脑功能偏侧性程度;计算0<|LI|<0.2、0.2≤|LI| <0.4、0.4≤|LI| <0.8、|LI| ≥0.8四段阈值下的左偏LI之和及右偏LI之和,探索AD患者较正常老年人静息状态下的脑功能偏侧性是否存在改变.结果对照组在0<|LI| <0.2、0.2≤|LI| <0.4、0.4≤|LI| <0.8阈值内左右半球偏侧性未见明显不同,在|LI|≥0.8的阈值内表现出明显的差异,体现出显著的左侧优势(P =0.005);与对照组比较,AD患者在|LI| ≥0.8阈值内左侧优势消失(P=0.06),在0.4≤|LI| <0.8阈值内出现显著的右侧优势(P=0.03).结论对照组静息态脑功能存在一定的偏侧性,该偏侧性主要体现在偏侧性较强范围内(|LI|≥0.8),表现为左侧优势;AD组在偏侧性较强的范围内(0.8≤| LI|)左侧优势消失,可能是其特征性改变;AD组在偏侧性较弱的范围内(0.4≤|LI| <0.8)表现出右侧优势,可能是与认知有关的脑功能代偿所致.【期刊名称】《同济大学学报(医学版)》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P60-64,69)【关键词】静息态功能磁共振;功能连接;阿尔茨海默病;偏侧性指数【作者】张乐乐;赵小虎;林起湘;席芊【作者单位】同济大学附属同济医院影像科,上海200065;同济大学附属同济医院影像科,上海200065;北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室,北京100875;同济大学附属东方医院实验室,上海200120【正文语种】中文【中图分类】R445.2正常两大脑半球在解剖结构和功能上具有一定的偏侧性。
功能磁共振成像技术对大脑神经网络连接性分析功能磁共振成像技术(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)是一种通过血氧水平变化来研究大脑活动的非侵入性影像技术。
它能够提供关于大脑神经网络连接性的信息,从而帮助我们更好地理解大脑的功能和神经机制。
大脑是一个高度连接的复杂网络,不同脑区之间的神经元通过神经突触相互连接,形成了复杂的神经回路。
这些神经回路负责感知、思维、记忆以及运动等各种认知和行为功能。
通过功能磁共振成像技术,我们可以观察到大脑中不同脑区之间的活动变化,进而推断这些脑区之间的连接性。
功能磁共振成像技术的工作原理是基于血液氧合水平的变化。
当某一部分大脑活动增加时,该区域需求氧气增加,血流量也会相应增加。
由于血红蛋白含有铁离子,铁离子的磁性使得血液在磁场中具有不同的磁化特性。
因此,通过检测不同时间点上的血氧水平变化,可以获得大脑活动的时间序列数据。
大脑的功能连接性是指不同脑区之间的联系和相互作用。
通过利用功能磁共振成像技术,可以采集到全脑不同区域的活动数据,并将这些数据进行分析与处理,从而揭示不同脑区之间的功能连接性。
这一分析方法被称为功能连接性分析。
功能连接性分析的目标是找到大脑不同脑区之间的相关性,并且通过这种关系揭示大脑活动的模式和机制。
一种常用的分析方法是静息态功能连接性分析(Resting-State Functional Connectivity,RSFC)。
在静息态下,被试者无任务执行,大脑自由进行内部交流和信息处理。
通过记录被试者在静息态下的脑活动数据,可以揭示不同脑区之间的连接关系。
在功能连接性分析中,常用的数据处理方法有时域分析和频域分析。
时域分析主要通过计算两个脑区之间的时间序列相关性来评估其连接强度。
频域分析则是将大脑活动信号转换为频率域,从而可以揭示不同脑区之间的频率特性和功能模式。
功能连接性分析的结果可以帮助我们更好地理解大脑的功能组织和信息传递。
《基于熵的人脑静息态fMRI信号复杂度分析及其应用》篇一一、引言近年来,随着神经影像学技术的飞速发展,人脑静息态功能磁共振成像(fMRI)已成为研究脑功能与结构的重要手段。
其中,熵作为一种衡量信号复杂度的有效工具,在fMRI信号分析中得到了广泛应用。
本文旨在探讨基于熵的人脑静息态fMRI信号复杂度分析方法及其在相关领域的应用。
二、熵的概念及其在fMRI信号分析中的应用熵是一个描述系统混乱程度的物理量,常用于衡量信号的复杂度。
在fMRI信号分析中,熵可以用来反映人脑在不同状态下神经活动的复杂性和动态变化。
通过对fMRI信号的熵进行分析,可以更好地理解人脑的功能和结构。
三、基于熵的人脑静息态fMRI信号复杂度分析方法(一)方法概述本文提出了一种基于熵的人脑静息态fMRI信号复杂度分析方法。
首先,通过采集人脑静息态fMRI数据,提取出脑区时间序列信号;然后,利用熵的相关算法,如香农熵、近似熵等,对提取出的信号进行复杂度分析;最后,根据分析结果,对人脑不同区域的神经活动进行定性和定量的描述。
(二)具体实现步骤1. 数据采集:利用fMRI设备采集人脑静息态数据,获取脑区时间序列信号。
2. 信号预处理:对采集到的数据进行去噪、配准等预处理操作,以提高信号质量。
3. 熵计算:采用香农熵、近似熵等算法,计算预处理后的信号的熵值。
4. 结果分析:根据熵值的大小,分析人脑不同区域的神经活动复杂度,并进一步探讨其与认知功能的关系。
四、应用领域(一)神经疾病诊断与治疗基于熵的人脑静息态fMRI信号复杂度分析方法在神经疾病诊断与治疗中具有重要应用价值。
通过分析患者脑部信号的熵值,可以更好地了解疾病的发病机制和病理过程,为疾病诊断提供有力依据。
同时,还可以根据分析结果制定个性化的治疗方案,提高治疗效果。
(二)认知功能研究熵值可以反映人脑神经活动的复杂度和动态变化,因此在认知功能研究中具有重要价值。
通过分析不同年龄、性别、教育背景等人群的脑部信号的熵值,可以深入了解人脑认知功能的发育、老化和损伤等情况,为认知科学和神经科学的研究提供有力支持。
轻度认知障碍(mild cognitive impairment ,MCI )是一种介于正常衰老与痴呆之间的状态。
2021年,WHO 发布的《公共卫生领域应对痴呆症全球状态报告》显示,2019年全球约5500万痴呆患者,预计到2050年,将达1.39亿,其中主要为阿尔茨海默病患者[1]。
MCI 是阿尔茨海默病的临床前或前驱阶段[2],治疗MCI 对延缓其向阿尔茨海默病进展非常必要,特别是对中、低收入国家获益更大[3]。
但目前尚无明确证据支持MCI 的药物治疗,胆碱酯酶抑制剂、维生素E 等药物不推荐用于治疗MCI [4]。
越来越多证据表明,非药物治疗方法可能对改善认知功能有作用[5-7]。
但目前耳甲电针[经皮耳迷走神经刺激术(transcutaneousauricular vagus nerve stimulation ,taVNS )]用于认知调节的研究较少且治疗机制不明。
因此,本研究旨在设计一个试验方案,探究taVNS 治疗MCI 的机制。
1试验设计1.1病例收集从首都医科大学宣武医院神经内科,中国中医科学院广安门医院老年门诊、针灸科门诊,以及北京慈爱嘉养老服务有限公司负责管理的50家社区居家养老服务中心招募40例MCI 患者。
基线评估后,独立统计学家使用SAS 9.4产生随机数,将患者随机分配为2组,即taVNS 组和假taVNS 组各20例。
治疗将根据招募顺序使用密封信封分配。
同时招募20例性别、年龄、受教育程度与MCI 患者相匹配的健康志愿者为对照组。
本研究为taVNS 治疗MCI 机制的探索性研究,根据脑功能成像既往研究经验[8]和《针灸影像学》[9]的建议,临床样本量每组20例可达到统计学分析的要求。
因此,本研究3组均排除头动过大、本人自愿退出等不可预知因素导致剔除者,观察24周。
DOI :10.3969/j.issn.1672-0512.2022.01.005[基金项目]北京市自然科学基金面上项目(7212191);科技部重点研发项目(2018YFC1705802);国家自然科学基金面上项目(81774433,82174282);中国中医科学院科技创新工程(461092)。
基于磁共振成像的脑功能连接研究近年来,磁共振成像技术不断发展,特别是基于其功能成像技术,研究人员越来越多地关注脑功能连接。
脑功能连接在神经科学研究中扮演着至关重要的角色,因为它们揭示了神经元之间的相互作用,帮助我们更好地理解不同脑部区域之间的协同工作。
基于磁共振成像的脑功能连接研究不仅可以帮助我们理解健康人的大脑功能连接,还可以为神经系统疾病的诊断和治疗提供新的思路和方向。
在这篇文章中,我们将探讨基于磁共振成像的脑功能连接研究的基本原理、方法和应用。
一、基本原理磁共振成像是一种无创的成像技术,通过磁场和射频脉冲来获取生物组织内的信号。
该技术在神经科学研究中得到广泛应用,主要用于研究脑结构和功能。
基于磁共振成像的脑功能连接研究主要依赖于功能磁共振成像(fMRI)技术。
fMRI技术基于血氧水平依赖(BOLD)信号,该信号可检测到脑区域的代谢活动。
具体来说,当神经元发放时,会引起局部氧含量下降和血流量增加,进而使局部磁场发生改变,最终通过磁共振成像技术检测到这些改变。
这种信号被用来确定不同脑区域之间的连接和功能。
二、方法基于磁共振成像的脑功能连接研究有两种主要方法:静态连接和动态连接。
静态连接分析通常基于静息态磁共振成像,这种成像技术在被试者没有任务时采集成像数据。
研究人员可以使用静态连接方法来评估不同脑区域之间的连接,帮助我们了解大脑的组织结构和功能。
动态连接分析基于采集成像数据的时间序列,可以研究脑在不同任务或状态下的时空变化。
该方法通常使用功能网络来刻画不同脑区域的相互作用。
动态连接分析帮助我们探索脑组织结构和功能之间的关系,并提供了研究脑功能障碍和情绪障碍的新工具。
三、应用基于磁共振成像的脑功能连接研究已经被广泛用于研究不同神经系统疾病,包括阿尔茨海默症、帕金森病、自闭症、抑郁症和精神分裂症等。
这些疾病可能影响大脑结构和功能,并导致功能连接的改变。
基于磁共振成像的脑功能连接研究可帮助我们更好地理解这些疾病的病理生理学机制。
静息态功能磁共振成像:关于静息态功能连接和脑网络分析方法自诞生之初,人类就对大脑中发生的事情充满好奇。
功能磁共振成像是一种重要的工具,它有助于无创地检查、定位和探索大脑的语言、记忆等功能。
近年来,神经科学研究的焦点明显转向了“静息态”下的大脑研究。
重点是在没有任何感官或认知刺激的情况下大脑内部的内在活动。
对静息态下大脑功能连接的分析揭示了不同的静息态网络,这些网络描述了特定的功能和不同的空间拓扑结构。
虽然不同的统计方法被引入到静息态功能磁共振成像连接性的研究中,但得到了一致的结果。
在本文中,我们详细介绍了静息态功能磁共振成像的概念,然后讨论了三种最广泛使用的分析方法、描述了几种具有脑区特征的静息态网络及相关认知功能、静息态功能磁共振成像的临床应用。
本综述旨在强调静息态功能磁共振成像连接性研究的实用性和重要性,强调其与基于任务的功能磁共振成像的互补性质。
本文发表在The Neuroradiology杂志。
关键词:图论分析Graph analysis, 独立成分分析independent component analysis, 静息态功能连接resting state functional connectivity, 基于种子点的分析seed-based analysis 引言静息态功能磁共振成像(rs-fMRI,resting state functional magnetic resonance imaging)技术比其他功能磁共振成像(fMRI)技术更有优势,因为它易于采集信号,对患者的要求最少,并能熟练地识别不同患者群体的功能区域,如儿科人群、无意识患者、低智商患者等。
任务态功能磁共振成像(task-based fMRI)是一种用于分析和评估大脑的功能区域的先进的磁共振技术。
在这项技术中,受试者被指导执行被设计为针对单一功能的特定的任务,如运动、语言、记忆、视觉、注意力和感觉功能任务。
最近的研究发现,儿科患者,有意识障碍的患者,即昏迷、植物人和最低意识状态的患者,能够完成rs-fMRI。