【摘要】：人類大腦能夠高效率地分離和整合多源信息,并能創(chuàng)造新知識(shí),是已知自然界中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一。利用磁共振成像技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)分析方法探索大腦結(jié)構(gòu)和功能是現(xiàn)代腦科學(xué)研究的重要手段,取得了豐碩的研究成果,推動(dòng)了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的極大進(jìn)展,促進(jìn)了各種神經(jīng)及精神疾病的研究、診斷和治療。癲癇是一種大腦神經(jīng)元異常同步放電導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂的疾病,癲癇無預(yù)見地反復(fù)發(fā)作給患者生活、學(xué)習(xí)和工作帶來嚴(yán)重的影響,讓其家庭背負(fù)沉重的心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本文以癲癇為研究對象,采用腦電、功能磁共振和彌散磁共振成像技術(shù),利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和圖論方法,系統(tǒng)探討了癲癇的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)、認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和大尺度全腦解剖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。具體內(nèi)容如下:首先,研究了慢波顳葉癲癇的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)。本研究招募的是發(fā)作間期大腦呈現(xiàn)慢波放電的顳葉癲癇患者,同步采集了他們的腦電和功能磁共振數(shù)據(jù),把腦電中的慢波作為瞬時(shí)刺激,考察由此引起的血氧水平依賴信號(hào)的變化,然后與經(jīng)典的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行比較。結(jié)果表明,慢波顳葉癲癇患者的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)存在明顯的改變,并且有較大的個(gè)體差異,可見有必要對每一個(gè)患者建立個(gè)體的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù),并且應(yīng)該對該函數(shù)做進(jìn)一步的研究。第二,研究了癇性放電對腦功能連通性的影響。近年來,利用腦電和功能磁共振對各類癲癇患者的腦功能連通性進(jìn)行了多方面的研究,但這些研究都沒有深入探討癇性放電對功能連通性的影響。本文通過仿真不同數(shù)量和幅度的癇性放電,觀測大腦任務(wù)正和任務(wù)負(fù)網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)及二者之間功能連通性的變化情況。結(jié)果表明,癇性放電的數(shù)量和幅度對腦功能連通性都存在顯著的影響,研究癲癇腦功能連通性時(shí)應(yīng)該考慮如何消除這種影響。第三,研究了兒童失神癲癇認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)(cognitive control network,CCN)的結(jié)構(gòu)連接。已有研究表明兒童失神癲癇患者的認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)中功能連接發(fā)生了變化。為了探索這些改變相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),本文采用基于彌散張量成像的纖維束追蹤技術(shù),構(gòu)建了每個(gè)被試的CCN網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者組CCN網(wǎng)絡(luò)中主要纖維束上平均各向異性(fractional anisotropic,FA)值顯著降低,平均彌散度(mean diffusivity,MD)值顯著增加,并且左側(cè)前額葉皮層到丘腦的纖維束上平均FA值與病程呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果為兒童失神癲癇患者CCN網(wǎng)絡(luò)的功能連接異常提供了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),這些結(jié)構(gòu)連接異�？赡苁菍�(dǎo)致患者認(rèn)知控制功能異常的重要原因之一。第四,研究了兒童失神癲癇默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)的結(jié)構(gòu)連接。已有研究表明失神癲癇患者DMN網(wǎng)絡(luò)中的功能連接發(fā)生了改變。為了探索這些改變相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),本文使用基于彌散張量成像的纖維束追蹤技術(shù),構(gòu)建了每個(gè)被試DMN網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)間的纖維束連接。結(jié)果表明,在所有被試中一致發(fā)現(xiàn)后扣帶/楔前葉到內(nèi)側(cè)前額葉、后扣帶/楔前葉到左右雙側(cè)的內(nèi)側(cè)顳葉都存在纖維束連接。通過組間統(tǒng)計(jì)比較,發(fā)現(xiàn)患者組的后扣帶/楔前葉到內(nèi)側(cè)前額葉纖維束連接上的平均FA值及連接強(qiáng)度都顯著降低,而平均MD值顯著增加,并且其FA值與癲癇病程呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這些改變可能影響了患者DMN網(wǎng)絡(luò)的功能連接。第五,研究了兒童失神癲癇的全腦解剖結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)。雖然在以往的腦電和功能磁共振研究中已發(fā)現(xiàn)失神癲癇患者大腦功能連接異常,但很少有人知道這些患者大腦結(jié)構(gòu)連接是否存在異常。本文推測,由于大腦結(jié)構(gòu)連通性破壞,反映到失神癲癇患者上就是大腦功能連接的降低。本文采用彌散張量成像的纖維追蹤技術(shù)來構(gòu)建大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由90個(gè)大腦皮層腦區(qū)和皮層下結(jié)構(gòu)組成。研究中采集了兒童失神癲癇患者和健康對照組的彌散張量成像數(shù)據(jù),然后應(yīng)用圖論方法研究了這些患者的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)屬性是否顯著改變。結(jié)果表明,患者組和對照組的白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均表現(xiàn)出小世界特性,但是患者組的網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度、絕對聚類系數(shù)、全局及局部效率都顯著地下降,而特征路徑長度顯著增加。在皮層下結(jié)構(gòu)、眶額葉區(qū)和邊緣系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)患者組腦區(qū)間的纖維連接、腦區(qū)連接強(qiáng)度、效率等降低,并且其子網(wǎng)絡(luò)受損。本研究初步證實(shí)了兒童失神癲癇白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到損傷。眶額葉和皮層下結(jié)構(gòu)的連通性和效率降低,可以作為解剖學(xué)的證據(jù),以對兒童失神癲癇中觀察到癲癇樣放電的功能異常提供支持�？纛~葉中的子網(wǎng)絡(luò)可能在失神發(fā)作中扮演了關(guān)鍵角色。這些發(fā)現(xiàn)為更深入地理解失神癲癇的病理生理機(jī)制開辟了新的途徑。
【圖文】：

圖 1-1 構(gòu)建大腦結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)的流程注：圖左邊展示的是基于彌散磁共振成像的解剖結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建流程。右邊展能磁共振成像的功能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建流程。具體來說：（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定義：通常彌振都需要利用先驗(yàn)的腦圖譜（如 AAL 模板）來劃分腦區(qū)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。（2）網(wǎng)絡(luò)定義：對于彌散磁共振數(shù)據(jù)，通常采用確定性或概率性的纖維束追蹤技術(shù)來確定

模型假設(shè)可以為一個(gè)線性低通系統(tǒng)的輸出，作為輸入一個(gè)脈沖時(shí)的應(yīng)進(jìn)行建模。淆集：頭動(dòng)的影響通過 6 個(gè)參數(shù)（3 個(gè)方向的平移參數(shù)和 3 個(gè)方向的行建模。整個(gè)設(shè)計(jì)矩陣，，如圖 2-1 所示。
【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】：2014
【分類號(hào)】：R742.1;R445.2

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本文編號(hào)：2546673