本文關(guān)鍵詞：BOLD信號(hào)振蕩與低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng)研究

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【摘要】：神經(jīng)活動(dòng)的節(jié)律性是指一群神經(jīng)元在某個(gè)相同頻率上活動(dòng),是神經(jīng)活動(dòng)的基本特征。在相同頻率上活動(dòng)的神經(jīng)元通過(guò)相位的同步化而達(dá)到信息交流的目的。根據(jù)最新的同步門(mén)控假說(shuō),高頻神經(jīng)振蕩的同步性是由低頻神經(jīng)振蕩的相位來(lái)鎖定的。這種跨頻段的相位-波幅耦合是神經(jīng)振蕩的一條主要規(guī)律。此外,不同腦區(qū)的神經(jīng)振蕩的優(yōu)勢(shì)頻率不同,越高級(jí)的腦區(qū)對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)頻率越低。從功能上講,越低頻的神經(jīng)振蕩越趨于功能整合,越高頻的神經(jīng)振蕩越趨于局部信息加工。大量的電生理研究揭示了高頻神經(jīng)振蕩對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的重要性;但是由于技術(shù)原因,低頻神經(jīng)振蕩的機(jī)制尚未得到有效揭示,從而使神經(jīng)振蕩的理論存在很大的缺陷。近年來(lái)快速發(fā)展的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技術(shù)以其低頻信號(hào)、高空間分辨率及與神經(jīng)活動(dòng)的相關(guān)性而成為研究低頻神經(jīng)振蕩的利器。本文主要是以fMRI技術(shù)為載體,在靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)下研究低頻振蕩的頻率特征及與特定認(rèn)知活動(dòng)相關(guān)的低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng)(low frequency steady-state brain response,lfSSBR)。研究?jī)?nèi)容分為兩部分:第一部分,系統(tǒng)研究了靜息態(tài)下血氧水平依賴信號(hào)(blood oxygen level dependent,BOLD)低頻振蕩的頻率特征。前人研究已經(jīng)表明:不同腦區(qū)的BOLD振蕩具有頻率特異性;但是這些研究對(duì)BOLD振蕩的頻段劃分、生理噪聲的影響等問(wèn)題沒(méi)有很好地解決。本論文在一個(gè)回歸掉生理噪聲的大樣本(n=64)中采用頻率滑窗的方法(窗口寬度0.03 Hz,步長(zhǎng)0.01 Hz)考察了BOLD振蕩在較寬頻段(0.01-0.25 Hz)的頻率特征。結(jié)果表明,BOLD振蕩在全頻段的波幅分布呈現(xiàn)出三明治式結(jié)構(gòu):大腦的頂部和底部波幅較小,中間部分波幅較大。波幅的頻率分布表現(xiàn)出皮層-邊緣系統(tǒng)相分離的特點(diǎn):皮層區(qū)域在較低的頻段相對(duì)波幅較高,而邊緣系統(tǒng)和一些皮層下結(jié)構(gòu)在較高的頻段相對(duì)波幅較高。BOLD振蕩的頻率特征在部分腦區(qū)具有極高的被試間一致性,反映了靜息態(tài)下共同的腦活動(dòng)狀態(tài);而大部分腦區(qū)的穩(wěn)定性較低,暗示這些區(qū)域的BOLD振蕩可能依賴于即時(shí)的認(rèn)知活動(dòng)。第二部分,在國(guó)際上首次提出lfSSBR的概念,并以此為基礎(chǔ)系統(tǒng)地研究了認(rèn)知過(guò)程中低頻振蕩對(duì)腦功能的調(diào)節(jié)。本論文借鑒穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位(steady-state evoked potential,SSEP)的思想,利用穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的波幅穩(wěn)定、高信噪比、頻率鎖定及fMRI高空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)來(lái)探索與特定認(rèn)知過(guò)程相關(guān)的低頻振蕩。首先,在簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)任務(wù)和語(yǔ)義理解任務(wù)中成功誘發(fā)出lfSSBR。lfSSBR與SSEP具有相似的波形,但比SSEP探測(cè)的頻率更低、空間定位更準(zhǔn)確。lfSSBR的腦區(qū)與任務(wù)激活區(qū)相似但二者的機(jī)制不同:lfSSBR測(cè)量的是BOLD信號(hào)的可變性(variability),而腦激活測(cè)量的是BOLD信號(hào)均值的變化;lfSSBR不依賴神經(jīng)血氧耦合,而用于計(jì)算腦激活的一般線性模型(general linear model,GLM)是建立在神經(jīng)血氧耦合的假設(shè)之上。此外,lfSSBR還表現(xiàn)出感覺(jué)運(yùn)動(dòng)偏向,反映了低頻振蕩與神經(jīng)靈活性的關(guān)系。因此,lfSSBR是一種與SSEP及GLM不同的探索與認(rèn)知狀態(tài)相關(guān)的低頻腦響應(yīng)的指標(biāo)。其次,基于具有可重復(fù)性的注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)(attention network test,ANT)研究了lfSSBR對(duì)大尺度腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)。警覺(jué)、定向、執(zhí)行控制三個(gè)注意網(wǎng)絡(luò)具有高度的相似性,因此提供了很好的重測(cè)范式;但傳統(tǒng)的ANT對(duì)注意網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù)的測(cè)量信度不高。本論文結(jié)合非正交比較方法和組塊實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),極大地促進(jìn)了注意網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù)的測(cè)量信度,更準(zhǔn)確地測(cè)量了注意網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù),有效地揭示了注意網(wǎng)絡(luò)之間互相抑制的關(guān)系,對(duì)注意系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究有重要貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上,采用改進(jìn)的ANT探討了lfSSBR對(duì)大尺度腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)。結(jié)果表明,lfSSBR對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)具有頻率特異性,且對(duì)大腦總體狀態(tài)的調(diào)節(jié)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)不同注意狀態(tài)的調(diào)節(jié),從而為低頻振蕩的皮層興奮性假說(shuō)提供了有力的支撐,有助于神經(jīng)振蕩理論的完善。最后,利用面孔識(shí)別任務(wù)研究了lfSSBR對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)方式。當(dāng)任務(wù)以0.05Hz的頻率呈現(xiàn)時(shí),lfSSBR在基頻的波形近似于正弦波。在正弦波的上升支和下降支而非波峰和波谷,右側(cè)梭狀回面孔區(qū)(fusiform face area,FFA)的功能連接受到了調(diào)節(jié),表明lfSSBR對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)是相位依賴性的。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了低頻振蕩的相位對(duì)認(rèn)知功能的重要作用,支持了最新的同步門(mén)控假說(shuō)。綜上所述,本論文一方面揭示了低頻BOLD振蕩受到腦結(jié)構(gòu)和功能的約束,在振蕩強(qiáng)度上表現(xiàn)出三明治式的空間分布,在頻率特征上表現(xiàn)出皮層-邊緣系統(tǒng)的分離;另一方面開(kāi)創(chuàng)性地提出lfSSBR這一嶄新的用于研究特定認(rèn)知過(guò)程中低頻振蕩的指標(biāo),揭示了低頻振蕩中的一些重要規(guī)律,支持了皮層興奮性假說(shuō)、同步門(mén)控假說(shuō)等重要的低頻振蕩的理論假說(shuō),為建構(gòu)完整的神經(jīng)振蕩的理論體系作出了重要的貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：神經(jīng)振蕩 注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn) 低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng) 同步門(mén)控假說(shuō) 皮層興奮性假說(shuō) 功能連接理論
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R338;TN911.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 大腦的節(jié)律性活動(dòng)14-18
• 1.1.1 腦電節(jié)律15
• 1.1.2 亞慢波節(jié)律15-16
• 1.1.3 神經(jīng)節(jié)律性活動(dòng)的規(guī)律16-17
• 1.1.4 神經(jīng)同步振蕩的假說(shuō)17-18
• 1.2 大腦節(jié)律活動(dòng)的調(diào)節(jié)18-20
• 1.2.1 穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位18-19
• 1.2.2 重復(fù)經(jīng)顱磁刺激19
• 1.2.3 穩(wěn)態(tài)經(jīng)顱直流/交流電刺激19-20
• 1.2.4 不同調(diào)節(jié)方法的比較20
• 1.3 BOLD信號(hào)的節(jié)律性20-23
• 1.3.1 BOLD信號(hào)的神經(jīng)基礎(chǔ)20-21
• 1.3.2 BOLD信號(hào)的頻率特征21-22
• 1.3.3 低頻BOLD振蕩的頻段劃分22-23
• 1.4 論文選題和研究?jī)?nèi)容23-24
• 第二章 靜息態(tài)下BOLD信號(hào)低頻振蕩的頻率特征24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 方法25-26
• 2.2.1 研究對(duì)象25
• 2.2.2 影像數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理25-26
• 2.2.3 zALFF26
• 2.2.4 被試間的穩(wěn)定性26
• 2.3 結(jié)果26-29
• 2.3.1 BOLD振蕩在全頻段的效應(yīng)26-27
• 2.3.2 BOLD振蕩的頻率效應(yīng)27-29
• 2.3.3 被試間的穩(wěn)定性29
• 2.4 討論29-33
• 2.4.1 全頻段的BOLD振蕩30
• 2.4.2 BOLD振蕩的頻率特征30-31
• 2.4.3 被試間的穩(wěn)定性31-32
• 2.4.4 BOLD振蕩的頻率特征能反映大腦的固有組織模式32-33
• 2.4.5 研究中的不足33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng)調(diào)節(jié)神經(jīng)振蕩34-46
• 3.1 引言34-35
• 3.2 材料與方法35-38
• 3.2.1 研究對(duì)象35-36
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)流程36
• 3.2.3 影像數(shù)據(jù)采集與圖像預(yù)處理36-37
• 3.2.4 盲HRF去卷積37
• 3.2.5 功率分析37-38
• 3.3 結(jié)果38-41
• 3.3.1 全腦水平的lfSSBR38-39
• 3.3.2 lfSSBR的腦區(qū)分布39-41
• 3.3.3 HRF的效應(yīng)41
• 3.4 討論41-45
• 3.4.1 lfSSBR的頻率效應(yīng)42
• 3.4.2 局部lfSSBR效應(yīng)42-43
• 3.4.3 lfSSBR與腦激活的關(guān)系43-44
• 3.4.4 lfSSBR的可能機(jī)制44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)誘發(fā)lfSSBR46-57
• 4.1 引言46-47
• 4.2 材料與方法47-50
• 4.2.1 研究對(duì)象47
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)程序47-48
• 4.2.3 影像數(shù)據(jù)采集與圖像預(yù)處理48-49
• 4.2.4 盲HRF去卷積49
• 4.2.5 全腦水平的lfSSBR49
• 4.2.6 局部lfSSBR49-50
• 4.2.7 lfSSBR與反應(yīng)時(shí)的關(guān)系50
• 4.3 結(jié)果50-52
• 4.3.1 行為結(jié)果50
• 4.3.2 全腦水平的lfSSBR50-51
• 4.3.3 局部lfSSBR51
• 4.3.4 lfSSBR與RT的關(guān)系51-52
• 4.4 討論52-56
• 4.4.1 lfSSBR和SSEP之間的相似性53-54
• 4.4.2 高級(jí)認(rèn)知中的lfSSBR54-55
• 4.4.3 lfSSBR的可能機(jī)制55-56
• 4.4.4 本論文的不足56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)的改進(jìn)57-77
• 5.1 引言57-59
• 5.2 材料與方法59-65
• 5.2.1 研究對(duì)象59
• 5.2.2 倫理聲明59-60
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)程序60-62
• 5.2.4 統(tǒng)計(jì)分析62-65
• 5.3 結(jié)果65-70
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)一的描述統(tǒng)計(jì)與t檢驗(yàn)結(jié)果65
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)一中注意網(wǎng)絡(luò)間的相關(guān)與可靠性65-66
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)一中注意網(wǎng)絡(luò)間的交互作用66-67
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)二的描述統(tǒng)計(jì)與t檢驗(yàn)結(jié)果67-68
• 5.3.5 實(shí)驗(yàn)二中的注意網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù)及網(wǎng)絡(luò)間的影響68-69
• 5.3.6 實(shí)驗(yàn)二中注意網(wǎng)絡(luò)間的交互作用69
• 5.3.7 實(shí)驗(yàn)二中注意網(wǎng)絡(luò)間的相關(guān)與可靠性69-70
• 5.4 討論70-76
• 5.4.1 非正交比較對(duì)注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)的影響71-72
• 5.4.2 注意網(wǎng)絡(luò)間的獨(dú)立性72-73
• 5.4.3 注意網(wǎng)絡(luò)間的相互影響73-74
• 5.4.4 既分化又統(tǒng)一的注意系統(tǒng)74-75
• 5.4.5 注意網(wǎng)絡(luò)分?jǐn)?shù)的信度75
• 5.4.6 本論文的不足75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng)調(diào)節(jié)大尺度功能網(wǎng)絡(luò)77-94
• 6.1 引言77-79
• 6.2 材料與方法79-83
• 6.2.1 研究對(duì)象79
• 6.2.2 刺激呈現(xiàn)與任務(wù)程序79-80
• 6.2.3 圖像采集與預(yù)處理80-81
• 6.2.4 功率分析81
• 6.2.5 功能連接分析81-82
• 6.2.6 相干分析82-83
• 6.3 結(jié)果83-87
• 6.3.1 行為結(jié)果83
• 6.3.2 不同頻段的lfSSBR83-85
• 6.3.3 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間的相關(guān)85-87
• 6.3.4 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間的相干87
• 6.4 討論87-93
• 6.4.1 lfSSBR調(diào)節(jié)大尺度功能網(wǎng)絡(luò)87-91
• 6.4.2 lfSSBR的可能的機(jī)制91-92
• 6.4.3 對(duì)注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)的啟示92
• 6.4.4 本論文的不足和未來(lái)的研究方向92-93
• 6.5 本章小結(jié)93-94
• 第七章 lfSSBR對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的相位依賴94-103
• 7.1 引言94-95
• 7.2 材料與方法95-99
• 7.2.1 研究對(duì)象95
• 7.2.2 實(shí)驗(yàn)程序95-96
• 7.2.3 影像數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)預(yù)處理96-97
• 7.2.4 lfSSBR計(jì)算97
• 7.2.5 相位數(shù)據(jù)提取97-98
• 7.2.6 功能連接密度計(jì)算98-99
• 7.3 結(jié)果99-100
• 7.3.1 全腦水平的lfSSBR99
• 7.3.2 局部lfSSBR的效應(yīng)99
• 7.3.3 短程和長(zhǎng)程FCD99-100
• 7.4 討論100-102
• 7.4.1 面孔識(shí)別任務(wù)誘發(fā)的lfSSBR100-101
• 7.4.2 相位依賴的FCD101-102
• 7.5 本章小結(jié)102-103
• 第八章 總結(jié)與展望103-111
• 8.1 研究總結(jié)103-105
• 8.2 工作展望105-111
• 致謝111-112
• 參考文獻(xiàn)112-138
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果138-141
• 附錄 中英文縮略表141-142

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6 孫巖;;基于靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)的聚類(lèi)分析[A];第十五屆全國(guó)心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

7 汪晨波;韓世輝;;自我構(gòu)念啟動(dòng)調(diào)節(jié)靜息態(tài)神經(jīng)活動(dòng)[A];增強(qiáng)心理學(xué)服務(wù)社會(huì)的意識(shí)和功能——中國(guó)心理學(xué)會(huì)成立90周年紀(jì)念大會(huì)暨第十四屆全國(guó)心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

8 周友龍;劉首芳;靳翔愚;蘇程果;段艷麗;;運(yùn)用靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)研究手太陰肺經(jīng)在大腦中的功能網(wǎng)絡(luò)[A];2011中國(guó)針灸學(xué)會(huì)年會(huì)論文集（摘要）[C];2011年

9 周建松;張英東;宋西俊;陳琛;王紅;李純;呂穎;翁旭初;劉東強(qiáng);李凌江;王小平;;青少年暴力犯罪者沖動(dòng)性及其腦靜息態(tài)磁共振研究[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十次全國(guó)精神醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2012年

10 殷莉;梁素改;黃曉琦;張華為;龔啟勇;黃頤;;抑郁癥自殺相關(guān)靜息態(tài)神經(jīng)影像研究[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十次全國(guó)精神醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2012年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 邱天明;靜息態(tài)fMRI在腦功能皮質(zhì)定位及腦功能重塑中的應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 熊坤林;擴(kuò)散張量及靜息態(tài)功能磁共振成像在輕度創(chuàng)傷性腦損傷中的應(yīng)用研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2015年

3 王一峰;BOLD信號(hào)振蕩與低頻穩(wěn)態(tài)腦響應(yīng)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

4 李玲;靜息態(tài)下漢字加工神經(jīng)機(jī)制的研究[D];北京交通大學(xué);2014年

5 謝小平;基于靜息態(tài)腦fMRI數(shù)據(jù)的時(shí)空非線性動(dòng)力學(xué)特性分析[D];浙江大學(xué);2008年

6 楊麗琴;重度抑郁癥患者靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)分析及大鼠腦磁共振解剖圖像模板的制作[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）;2013年

7 張小崔;抑郁認(rèn)知易感者腦結(jié)構(gòu)及靜息態(tài)腦功能的磁共振成像研究[D];中南大學(xué);2014年

8 張文悅;抑郁狀態(tài)人群針剌早期干預(yù)及靜息態(tài)磁共振成像特點(diǎn)研究[D];北京中醫(yī)藥大學(xué);2015年

9 劉志蓉;運(yùn)動(dòng)誘發(fā)性運(yùn)動(dòng)障礙患者PRRT2基因檢測(cè)及靜息態(tài)功能磁共振研究[D];浙江大學(xué);2014年

10 張泉;阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的靜息態(tài)腦功能磁共振成像研究[D];天津醫(yī)科大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 林錢(qián)森;2型糖尿病的靜息態(tài)腦功能磁共振成像研究[D];福建醫(yī)科大學(xué);2015年

2 董德波;限制性飲食者的靜息態(tài)功能磁共振研究：暴食和體重增加的風(fēng)險(xiǎn)[D];西南大學(xué);2015年

3 張茜;有先兆與無(wú)先兆偏頭痛患者靜息態(tài)功能磁共振研究[D];河北醫(yī)科大學(xué);2015年

4 張梓青;靜息態(tài)大腦fMRI數(shù)據(jù)分析[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所);2015年

5 李靜;基于靜息態(tài)fMRI的ICA方法的研究及其在精神分裂癥中的應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2015年

6 劉代洪;2型糖尿病認(rèn)知功能損害的腦靜息態(tài)功能磁共振研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2015年

7 楊君;缺血性腦白質(zhì)病變患者腦部功能異常的靜息態(tài)fMRI研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2015年

8 馮帥;早產(chǎn)兒與足月兒靜息態(tài)功能磁共振默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2015年

9 馬許靜;基于靜息態(tài)磁共振的肌萎縮側(cè)索硬化癥患者腦功能的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 劉潔;模擬低氧暴露對(duì)飛行員靜息態(tài)腦功能及腦血流灌注影響的初步研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：884035