本文關鍵詞：下額枕束及其分段與注意功能的影像遺傳學研究

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【摘要】：影像遺傳學是結合多模態(tài)神經(jīng)影像學技術和遺傳學方法,深入探討大腦結構及與認知等行為相關腦功能的遺傳變異,為探索基因多態(tài)性對大腦行為及行為的潛在影響奠定了基礎。下額枕束(IFOF)作為腦內(nèi)最長的聯(lián)絡纖維之一,發(fā)出纖維連接枕葉皮層、顳葉基底部、頂上小葉至額葉,并穿行外囊／最外囊等結構,為大腦功能提供重要的解剖基礎�；诶w維束骨架的空間統(tǒng)計方法(TBSS)、感興趣(ROI)及概率性纖維追蹤等方法,大多是描述某一區(qū)域中所有白質(zhì)纖維束的微觀屬性,并不能從準確說明IFOF的白質(zhì)微結構屬性。因此我們采用確定性纖維追蹤的方法,該方法能夠完整的描述白質(zhì)纖維束的屬性,因其追蹤精度較高,被廣泛應用于成人、兒童和疾病研究中。在功能方面,下額枕束可能參與語言系統(tǒng),并為視覺空間注意提供解剖連接,尤其是腹側視覺注意系統(tǒng)。盡管直接的額頂連接是注意網(wǎng)絡的重要組成部分,然而由于下額枕束走形的復雜性,其在注意三個子網(wǎng)絡(警覺、定向和執(zhí)行控制)中的作用尚未有定論。慢性視覺缺失病人中右側額頂連接的損傷能夠引起空間注意的定向障礙,但是也有研究指出下額枕束的額頂連接并不參與定向功能。同樣,在疾病研究中,IFOF白質(zhì)微觀結構屬性的改變與多種注意缺陷疾病有關,如精神分裂癥(SCZ)、自閉癥譜系障礙(CD)、注意缺陷多動障礙(ADHD)等,然而在功能上這些疾病卻表現(xiàn)為不同注意功能子網(wǎng)絡的缺失。因此探索下額枕束分別在三個子網(wǎng)絡中的作用能夠為注意缺陷疾病的診斷和分類提供解剖基礎。分段研究能夠對下額枕束在注意網(wǎng)絡中的作用進行更深入的研究。在漸進性核上癱患者中,相對于下額枕束內(nèi)側段和枕葉段,其下額枕束額葉段的體素數(shù)量減少、部分各向異性值明顯降低,而表觀彌散系數(shù)明顯增加。除此之外,多模態(tài)研究也發(fā)現(xiàn),額葉區(qū)下額枕束的側化與執(zhí)行控制功能有相關性。因此使用確定性纖維追蹤的方法追蹤下額枕束并根據(jù)腦區(qū)將其分段,不僅能夠為注意缺陷疾病的治療提供解剖定位,也能夠更好的解決目前研究中存在的關于下額枕束的爭議。大腦結構、功能的發(fā)育和退化是受到遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結果,因此,遺傳度的研究為探索遺傳因素和環(huán)境因素對性狀的影響程度提供了可能。雙生子法是目前已知的最常用于遺傳度研究的方法,該方法比較了100%基因相同的同卵雙生子的性狀相似度和只有50%基因相同的異卵雙生子的相似度。然而不同年齡階段受到遺傳因素的影響程度也是不同的,青春期是人體生長發(fā)育的重要時期,此階段大腦的結構和功能也進一步發(fā)育成熟,其遺傳度應有其獨特的發(fā)育模式。青壯年或采用大年齡跨度樣本的研究結果并不足以作為青春期遺傳度的標準。因此,本研究擬用確定性纖維追蹤的方法先描述IFOF整體的白質(zhì)微結構屬性,由于其走形跨越多腦區(qū),在不同腦區(qū)中受到不同交叉纖維的影響,將IFOF根據(jù)不同腦區(qū)分段,為深入研究結構-功能相關性提供解剖位點；采用相關分析進一步研究IFOF及其分段與注意三個子網(wǎng)絡的相關性,并利用青春期雙生子受試者的優(yōu)勢,確定遺傳因素對白質(zhì)纖維束、注意功能以及兩者相關性的影響。本研究分為三個部分,摘要如下：第一部分：下額枕束及其側化與注意功能的相關性研究研究目的注意缺陷疾病在功能上可表現(xiàn)為警覺、定向或執(zhí)行控制網(wǎng)絡效率的降低,而在結構上,均存在下額枕束自質(zhì)微觀結構屬性的改變。本研究旨在探索IFOF的白質(zhì)屬性是否能夠同時影響注意功能的三個子網(wǎng)絡。材料與方法本研究征集60名15～20歲的健康志愿者,以注意網(wǎng)絡測試作為實驗范式,測定受試者的警覺、定向和執(zhí)行控制功能的比率得分。對志愿者進行GE 3.0T磁共振掃描,采集DTI數(shù)據(jù)。利用FSL進行預處理,通過Diffusion Toolkit進行確定性纖維追蹤,在TrackVis中可視化纖維束的完整走行并計算其FA值和MD值。所有的統(tǒng)計分析在SPSS中進行。研究結果FA值結果顯示,左側IFOF的平均FA值小于右側,IFOF呈現(xiàn)右側化；而對MD值的分析結果顯示,左側IFOF的平均值大于右側,IFOF的平均MD值出現(xiàn)左側化傾向。統(tǒng)計分析結果中,左側IFOF的平均FA值與執(zhí)行控制比率得分呈明顯正相關性,而右側IFOF的平均FA值與執(zhí)行控制得分呈負相關,此外,FA值的右側化也與執(zhí)行控制得分呈明顯負相關。左側和右側IFOF的平均MD值及MD值側化指數(shù)均未發(fā)現(xiàn)與注意功能的明顯相關性。結論右側大腦半球是注意功能的優(yōu)勢半球,下額枕束的髓鞘化程度呈現(xiàn)明顯右側化傾向,隨著右側IFOF髓鞘化程度的增加及IFOF髓鞘的右側化程度增加,執(zhí)行控制功能均明顯提高。第二部分：下額枕束的分段與注意功能的相關性研究研究目的下額枕束走行長而復雜,在不同腦區(qū)中受到不同交叉纖維的影響,從而可能影響其白質(zhì)結構屬性及其在功能連接的作用。本研究利用差值的方法,將下額枕束按其經(jīng)過的腦區(qū)分為5段,進一步研究不同腦區(qū)中IFOF的微觀結構屬性與注意網(wǎng)絡的關系。材料與方法從青島市疾控中心招募60名15～20周歲的健康青少年,給予受試者GE3.0T磁共振掃描,采集結構像和DTI圖像數(shù)據(jù)。使用注意網(wǎng)絡測試范式對受試者進行注意功能的測評,獲得其警覺、定向、執(zhí)行控制得分。應用先進的標準化工具ANTs將MNI結構圖譜的分區(qū)信息配準到MR圖像中,并在Matlab中利用差值的方法,將纖維束標記并分段。將分段的纖維束在SmartPLS結構方程模型中與注意三個子網(wǎng)絡進行相關性檢驗,并根據(jù)模型分析結果在SPSS中構建多元回歸模型,以得到分段的白質(zhì)屬性對注意功能的影響程度。研究結果在結構方程模型中得到左側頂葉段和島葉段的FA值能夠影響警覺得分,左側額葉段和右側枕葉段的FA值能夠影響執(zhí)行控制得分。在多元回歸模型中得到相同的結果,并且發(fā)現(xiàn),左側頂葉和左側島葉段對警覺得分為低水平正向影響,而左側額葉段和右側枕葉段對執(zhí)行控制得分均為中等水平負向影響。未發(fā)現(xiàn)與定向功能相關的纖維束分段。IFOF的側化呈現(xiàn)節(jié)段不一致。對FA值側化的研究發(fā)現(xiàn),額葉段、島葉段、顳葉段和頂葉段的平均FA值均為右側化,而枕葉段是左側化傾向；MD值側化的研究發(fā)現(xiàn),額葉段和島葉段的平均MD值出現(xiàn)右側化傾向,而顳葉段、頂葉段和枕葉段均為左側化傾向。進一步對分段的側化研究表明,經(jīng)多重比較校正之后,只有執(zhí)行控制得分隨枕葉段FA值的右側化增大而降低。未發(fā)現(xiàn)纖維束側化與警覺、定向功能的相關性。結論本研究揭示了纖維束分段方法在大腦結構-功能相關性研究中的優(yōu)勢,為注意缺陷疾病和注意結構腦網(wǎng)絡的節(jié)點研究提供了解剖基礎。同時,IFOF分段側化的不一致性可能是導致IFOF的側化研究產(chǎn)生爭議的原因。第三部分：下額枕束及其分段與注意功能的遺傳相關性研究研究目的大腦結構和功能的發(fā)育以及結構-功能相關性是受到遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結果。目前對IFOF的白質(zhì)微結構屬性和注意功能三個子網(wǎng)絡的遺傳度研究存在爭議,且缺少對青春期遺傳度的研究。對于兩種特性的遺傳相關性及表現(xiàn)型相關受到遺傳因素影響的程度目前均無研究。材料與方法本研究從青島雙生子庫招募30對健康雙生子,IFOF及其分段的白質(zhì)屬性與行為學得分的表現(xiàn)型相關的研究方法如前所述。在基于R語言環(huán)境的OpenMx中構建ACE模型,分別計算IFOF及其分段和警覺、定向、執(zhí)行控制的遺傳度。應用雙變量遺傳分析方法計算兩種特性的遺傳相關性以及兩種特性的表型相關受到遺傳因素影響的程度。研究結果下額枕束整體的平均FA值和MD值均受到中等程度遺傳因素的影響,然而在分段研究中,左側額葉段和頂葉段的FA值以及右側島葉段和枕葉段的MD值未發(fā)現(xiàn)明顯的遺傳因素影響。注意的三個子網(wǎng)絡中,警覺功能未發(fā)現(xiàn)受到遺傳因素的明顯影響,定向和執(zhí)行控制功能的遺傳度為中度遺傳。雙變量遺傳相關性研究表明,執(zhí)行控制得分與左側下額枕束和右枕葉段FA值的遺傳相關性分別為0.916和-0.570,且基因對表型相關的影響程度分別為0.452和-0.168；其與右側下額枕束和左側下額枕束FA值的環(huán)境相關性分別為-0.379和-0.555,且環(huán)境因素對表型相關性的影響程度分別為-0.228和-0.244。結論影響執(zhí)行控制功能的基因在一定程度上能夠同時影響左側下額枕束和右枕葉段FA值,說明了兩種特性存在共同的生理學機制并為進一步的全基因組關聯(lián)分析的研究奠定了基礎。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R338

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1 冷媛;下額枕束及其分段與注意功能的影像遺傳學研究[D];山東大學;2016年

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本文編號：1295377