本文關(guān)鍵詞：注意的結(jié)構(gòu)腦網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)腦區(qū)的遺傳傾向　出處：《山東大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：注意是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要問(wèn)題,是指對(duì)外界物理環(huán)境或主觀記憶存儲(chǔ)中的某些方面進(jìn)行準(zhǔn)備和處理的認(rèn)知過(guò)程。盡管對(duì)于注意功能的組成存在很多爭(zhēng)議,但是近年來(lái)的腦影像研究一致認(rèn)為注意可以分為三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng):警覺(jué),定向和執(zhí)行控制。警覺(jué)是指對(duì)外界形成或保持高敏感度的能力,負(fù)責(zé)提高警惕應(yīng)對(duì)外界的刺激;定向是指從不同的感官刺激中選取特定信息的能力;執(zhí)行控制是指檢測(cè)并解決反應(yīng)中沖突的能力。注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)試(ANT)可以在一次任務(wù)中區(qū)分警覺(jué)、定向和執(zhí)行控制的行為表現(xiàn)。功能神經(jīng)影像研究表明注意的三個(gè)子系統(tǒng)之間是相互獨(dú)立的,具有不同的解剖學(xué)基礎(chǔ)。然而,由于對(duì)注意理論認(rèn)識(shí)的不一致以及影像模態(tài)的多樣性,注意功能的大腦解剖和功能基礎(chǔ)仍不是很明確。人腦是由眾多腦區(qū)在結(jié)構(gòu)和功能上相互連接形成的龐雜網(wǎng)絡(luò),大腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用完成各種高級(jí)功能。研究表明,大腦網(wǎng)絡(luò)具有顯著的"小世界"屬性,兼具隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)勢(shì),即大腦具有較高的集聚系數(shù)和較小的最短路徑長(zhǎng)度,這表明大腦腦區(qū)內(nèi)部具有高密度的短連接,并且腦區(qū)之間存在稀疏的長(zhǎng)連接,反映了大腦網(wǎng)絡(luò)的模塊化特征以及節(jié)點(diǎn)間信息快速高效傳輸?shù)哪芰�。這也證明了大腦在局部信息集成和全局信息整合間的最優(yōu)平衡。因此,大尺度腦網(wǎng)絡(luò)分析方法為探索認(rèn)知功能與解剖結(jié)構(gòu)的整合作用以及大腦動(dòng)力學(xué)潛在的生物機(jī)制提供了新視角�；趶浬埩砍上�(DTI)的纖維追蹤以及大腦皮質(zhì)的分割,可以構(gòu)建大腦的解剖網(wǎng)絡(luò),基于圖論的網(wǎng)絡(luò)分析方法可以揭示網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)涮卣?并探究認(rèn)知功能潛在的網(wǎng)絡(luò)屬性關(guān)系。將腦網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用到神經(jīng)精神疾病研究當(dāng)中,可以測(cè)量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘漠惓Ｗ兓?為探究神經(jīng)精神疾病和認(rèn)知障礙的解剖基礎(chǔ)提供新的視角。大腦結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)育受到遺傳因素和環(huán)境因素共同的影響。遺傳度是指遺傳因素對(duì)人群中某一性狀影響的程度;遺傳相關(guān)性則是指兩種表型之間基因的重疊程度。研究基因、環(huán)境因素對(duì)大腦結(jié)構(gòu)-功能的影響可以確定大腦形態(tài)改變與認(rèn)知功能的關(guān)聯(lián),并能進(jìn)一步探索神經(jīng)精神疾病的成因。雙生子法是目前最常采用的遺傳分析的方法。同卵雙生子具有完全相同的基因型,其性狀差異主要?dú)w因于環(huán)境因素;異卵雙生子具有50%相同的基因型,其性狀差異是基因和環(huán)境因素共同影響的結(jié)果。使用神經(jīng)影像方法測(cè)量大腦結(jié)構(gòu)或功能特征作為中間表型,這些量化指標(biāo)能夠大大提高基因發(fā)掘,提高了統(tǒng)計(jì)分析在檢測(cè)基因影響中發(fā)揮的效力。并且,這些方法也是相對(duì)穩(wěn)定的,使用小樣本量即可完成檢測(cè)觀察。研究發(fā)現(xiàn),大腦平均皮層厚度受遺傳因素的影響高達(dá)81%,總皮質(zhì)表面積的遺傳度高達(dá)89%。此外,大腦是通過(guò)不同腦區(qū)的協(xié)調(diào)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)認(rèn)知功能,不同腦區(qū)受遺傳因素和環(huán)境因素影響的程度也是不同的,探究各個(gè)腦區(qū)結(jié)構(gòu)的遺傳模式對(duì)于理解人類(lèi)大腦正常發(fā)育和病理機(jī)制就顯得尤為重要。使用皮質(zhì)厚度、表面積作為表型研究對(duì)象,能夠縮小影響大腦結(jié)構(gòu)的數(shù)量性狀位點(diǎn)的搜索范圍。并且,皮質(zhì)厚度和表面積兩者之間是遺傳獨(dú)立和表型獨(dú)立的,這表明皮質(zhì)厚度和表面積這兩種測(cè)量方式要優(yōu)于體積,應(yīng)當(dāng)分別應(yīng)用于影像遺傳學(xué)研究。因此,雙生子法為測(cè)量遺傳度以及執(zhí)行控制功能與大腦皮質(zhì)厚度、表面積的遺傳相關(guān)性和環(huán)境相關(guān)性提供了可能。本研究利用DTI和T1數(shù)據(jù),基于確定性纖維追蹤算法和大腦皮質(zhì)分割構(gòu)建大腦解剖網(wǎng)絡(luò),研究注意功能與大腦解剖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘年P(guān)系;探究注意功能與各腦區(qū)皮質(zhì)厚度的關(guān)系;并利用雙生子法探究執(zhí)行控制功能與皮質(zhì)厚度、表面積的遺傳相關(guān)性和環(huán)境相關(guān)性。本研究分為三個(gè)部分,摘要如下:第一部分:大腦解剖網(wǎng)絡(luò)與注意功能的相關(guān)性研究目的:注意功能是指對(duì)外界物理環(huán)境或主觀記憶存儲(chǔ)中的某些方面進(jìn)行準(zhǔn)備和處理的認(rèn)知過(guò)程,近年來(lái)的腦影像研究一致認(rèn)為注意可以分為三個(gè)獨(dú)立的子功能:警覺(jué),定向和執(zhí)行控制。以往研究主要使用任務(wù)態(tài)磁共振的方法關(guān)注每個(gè)腦區(qū)在注意網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立作用,而忽視了大腦網(wǎng)絡(luò)中各腦區(qū)間的交互作用。本研究旨在采用圖論分析的方法探究注意功能的三種子網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)解剖基礎(chǔ)。材料和方法:本研究從山東省青島市募集了 65名健康受試者,使用ANT獲取任務(wù)得分,并進(jìn)行磁共振掃描,采集所有被試的DTI圖像和T1圖像。使用FSL軟件進(jìn)行DTI圖像的預(yù)處理,使用PANDA軟件基于確定性纖維追蹤和皮質(zhì)分割構(gòu)建大腦的解剖網(wǎng)絡(luò),并使用Brainnetome fMRI工具包計(jì)算腦網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩?最后使用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果:研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)建的大腦解剖網(wǎng)絡(luò)具有明顯的小世界屬性,并且執(zhí)行控制功能與大腦解剖網(wǎng)絡(luò)的全局效率呈顯著正相關(guān)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),執(zhí)行控制與一系列腦區(qū)的節(jié)點(diǎn)效率顯著相關(guān),包括左側(cè)背外側(cè)額上回、左側(cè)海馬旁回、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)蒼白球等。警覺(jué)功能與左側(cè)丘腦、右側(cè)頂下回的節(jié)點(diǎn)效率顯著相關(guān),定向功能與右側(cè)中央旁小葉和右側(cè)枕下回的節(jié)點(diǎn)效率顯著相關(guān)。結(jié)論:我們的結(jié)果從網(wǎng)絡(luò)連接的角度,為參與注意功能的腦區(qū)間的基本結(jié)構(gòu)連接提供了有效的信息�；趫D論的大尺度腦網(wǎng)絡(luò)分析方法為探索認(rèn)知功能背后的解剖與功能的整合作用提供了新的思路,為探究注意缺陷相關(guān)的神經(jīng)精神疾病和神經(jīng)障礙的解剖基礎(chǔ)提供新的視角。第二部分:大腦皮質(zhì)厚度與注意功能的相關(guān)性研究目的:大腦皮層是神經(jīng)元高度折疊的復(fù)雜結(jié)構(gòu),皮層厚度反應(yīng)了神經(jīng)纖維網(wǎng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特性。但是注意功能的三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)與各腦區(qū)皮質(zhì)厚度的關(guān)系仍不十分明確。本研究旨在通過(guò)測(cè)量得到大腦皮質(zhì)厚度的數(shù)據(jù),并分別探究其與警覺(jué)、定向和執(zhí)行控制的相關(guān)性。材料和方法:本研究從山東省青島市募集了 84名健康受試者,使用ANT作為認(rèn)知任務(wù),獲取所有被試的警覺(jué)、定向和執(zhí)行控制的效率得分。使用GE磁共振掃描儀采集受試者的T1結(jié)構(gòu)圖像,應(yīng)用CBRAIN平臺(tái)下的CIVET軟件計(jì)算大腦的皮質(zhì)厚度,然后使用SPSS進(jìn)行多元回歸分析,分別計(jì)算與注意的三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的腦區(qū)。結(jié)果:研究發(fā)現(xiàn)警覺(jué)功能與左側(cè)額上回眶部和右側(cè)中央旁小葉的皮質(zhì)厚度顯著相關(guān),定向功能與右側(cè)梭狀回、右側(cè)海馬旁回、右側(cè)內(nèi)側(cè)額上回和左側(cè)楔前葉的皮質(zhì)厚度顯著相關(guān),執(zhí)行控制功能與左側(cè)前扣帶回和右側(cè)頂下回的皮質(zhì)厚度顯著相關(guān)。結(jié)論:本研究闡述了注意的三個(gè)子系統(tǒng)與大腦腦區(qū)皮質(zhì)厚度的相關(guān)性,這不僅揭示了注意的神經(jīng)解剖基礎(chǔ),也為進(jìn)一步探索大腦結(jié)構(gòu)-行為的相關(guān)性奠定了基礎(chǔ)。第三部分:大腦皮質(zhì)厚度、表面積與執(zhí)行控制功能的遺傳相關(guān)性研究目的:大腦結(jié)構(gòu)、功能的發(fā)育受到遺傳因素和環(huán)境因素共同的影響。然而目前對(duì)于執(zhí)行控制功能和皮質(zhì)厚度、表面積的遺傳相關(guān)性研究較少。本研究旨在利用雙生子結(jié)構(gòu)圖像分別探究執(zhí)行控制與這兩種皮質(zhì)屬性的遺傳相關(guān)性和環(huán)境相關(guān)性。材料和方法:本研究從山東省青島市雙生子庫(kù)招募了 37對(duì)健康雙生子。使用ANT作為認(rèn)知任務(wù),檢測(cè)注意的三種比率得分。進(jìn)行3.0T磁共振掃描獲取T1圖像,應(yīng)用CBRAIN平臺(tái)下的CIVET計(jì)算得到大腦的皮質(zhì)厚度、表面積。使用Solar軟件分別計(jì)算執(zhí)行控制、皮質(zhì)厚度和表面積的遺傳度,并計(jì)算執(zhí)行控制與這兩種結(jié)構(gòu)表型的遺傳相關(guān)性和環(huán)境相關(guān)性。結(jié)果:執(zhí)行控制功能的遺傳度為0.356,其與后扣帶回、顳上回顳極、顳中回顳極的皮質(zhì)厚度具有顯著的遺傳相關(guān)性;與輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和顳下回的皮質(zhì)厚度具有較高的環(huán)境相關(guān)性,與背外側(cè)額上回和頂上回的皮質(zhì)厚度具有環(huán)境相關(guān)的傾向。此外,執(zhí)行控制還與直回、距狀皮質(zhì)的表面積具有遺傳相關(guān)性,與額上回眶部、內(nèi)側(cè)額上回、額中回眶部、海馬旁回的表面積有顯著的環(huán)境相關(guān)性。結(jié)論:研究表明影響執(zhí)行控制的基因在不同程度上影響后扣帶回、顳極的皮質(zhì)厚度以及直回的表面積,探究各個(gè)腦區(qū)結(jié)構(gòu)的遺傳模式能夠幫助理解人類(lèi)大腦正常發(fā)育和病理機(jī)制,并且這些結(jié)果為進(jìn)一步進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：R322.8

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