【摘要】：位于顱后窩的小腦,長(zhǎng)期以來(lái)人們認(rèn)為其僅參與運(yùn)動(dòng)功能,是維持身體平衡、調(diào)節(jié)肌張力和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制中樞。但近二十年來(lái),大量的研究結(jié)果顯示,小腦的功能不僅僅局限于運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié),還廣泛的參與認(rèn)知功能加工,包括感知覺(jué)、學(xué)習(xí)、注意、語(yǔ)言、情緒控制、工作記憶等。 首先,隨著功能影像學(xué)技術(shù)如正電子體層掃描(PET)、功能磁共振(fMRI)等對(duì)小腦非運(yùn)動(dòng)功能研究的開(kāi)展以及準(zhǔn)確定位小腦損傷部位,深部核團(tuán)毀損術(shù)、電刺激小腦頂核治療腦部和心血管疾病的功能相關(guān)性研究的需要,小腦核團(tuán)形態(tài)、位置的準(zhǔn)確區(qū)分和定位十分重要�，F(xiàn)有的諸多小腦解剖圖譜,由于其命名方法各異,各種表述所指代的結(jié)構(gòu)比較混亂,而且其描述多局限于大體解剖,缺乏對(duì)小腦深部核團(tuán)的描述。另外,早期以MRI圖像為基礎(chǔ)建立的小腦圖譜由于受到層厚、圖像分辨率低等原因的限制,很多小腦小葉、裂與核團(tuán)都未做區(qū)分。目前,對(duì)于MRI圖像上觀察到的小腦結(jié)構(gòu),其準(zhǔn)確的邊界仍難確定,小腦深部核團(tuán)定位的解剖“金標(biāo)準(zhǔn)”仍然缺乏。 本研究的第一部分,利用數(shù)控冷凍銑削和計(jì)算機(jī)可視化技術(shù),結(jié)合高分辨率MRI,成功構(gòu)建了小腦深部核團(tuán)的三維模型,為小腦深部核團(tuán)的功能影像學(xué)研究和臨床手術(shù)立體定位提供了有價(jià)值的解剖資料。 其次,來(lái)自組織學(xué)、影像學(xué)以及行為學(xué)的研究證實(shí)小腦在結(jié)構(gòu)、發(fā)育、功能、行為學(xué)以及相關(guān)的發(fā)育性神經(jīng)精神疾病都存在性別差異。此外,小腦左右半球在功能及結(jié)構(gòu)上也都存在差異,并且受到性別因素的影響。早期組織學(xué)和影像學(xué)對(duì)人類小腦結(jié)構(gòu)性別差異及側(cè)化的研究,由于在數(shù)據(jù)獲取、處理方法等都方面存在一定程度的缺陷,報(bào)道的結(jié)果差異較大。 本研究的第二部分,首次在小腦標(biāo)準(zhǔn)空間內(nèi),利用自動(dòng)的基于圖譜的體積測(cè)定法及基于體素的形態(tài)測(cè)量(VBM)分析了112例大樣本MRI數(shù)據(jù),提供了中國(guó)青年人(18-33歲)小腦灰質(zhì)體積的正常參考值,及其兩性異形和側(cè)化性結(jié)果,為理解性別因素對(duì)小腦功能的影響,小腦功能的側(cè)化以及相關(guān)疾病的研究提供了詳實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 另外,近十年來(lái),運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系對(duì)大腦結(jié)構(gòu)或功能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模及動(dòng)力學(xué)分析,已成為腦科學(xué)研究的熱門課題。在腦區(qū)的尺度上,大量研究利用神經(jīng)解剖學(xué)數(shù)據(jù),如結(jié)構(gòu)MRI數(shù)據(jù),以及利用彌散張量成像、腦電圖、腦磁圖、功能磁共振成像等技術(shù)來(lái)采集數(shù)據(jù)構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò),并運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論及圖論知識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。研究發(fā)現(xiàn)大腦網(wǎng)絡(luò)同現(xiàn)實(shí)中其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)類似,具有高度的局部聚類性和較小的全局特征路徑長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)度的分布服從冪率分布等特征。最近,研究人員通過(guò)皮層厚度、體積、表面積等測(cè)度的相關(guān)性來(lái)得到大腦結(jié)構(gòu)連接模式,利用圖論分析揭示了其小世界特性以及腦區(qū)局部簇的存在,并且在更細(xì)節(jié)的分析中發(fā)現(xiàn)皮層的功能系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的模塊存在顯著的重疊。與我們對(duì)大腦結(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系的認(rèn)識(shí)程度相比,小腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)與功能區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究仍然在初步階段。但是,眾多對(duì)小腦功能的研究發(fā)現(xiàn),小腦內(nèi)不同功能區(qū)的分布與大腦皮質(zhì)一樣豐富和復(fù)雜,不同的小腦區(qū)域單獨(dú)或共同完成不同的功能,故我們推測(cè)在小腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間,通過(guò)其復(fù)雜的內(nèi)外連接,可能存在一個(gè)類似大腦網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)或功能連接模式,并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)小腦的運(yùn)動(dòng)功能協(xié)調(diào)功能以及完成其高級(jí)認(rèn)知功能。對(duì)于具有復(fù)雜功能和內(nèi)外連接的小腦來(lái)說(shuō),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接模式及其網(wǎng)絡(luò)屬性的研究還未見(jiàn)報(bào)道。 本研究第三部分,利用大樣本量的MRI數(shù)據(jù),通過(guò)測(cè)量小腦灰質(zhì)體積值,分析小腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接模式,構(gòu)建小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),證實(shí)并分析了其小世界網(wǎng)絡(luò)屬性。小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型的建立,為更加深入理解小腦結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系提供研究基礎(chǔ)。除此之外,我們還利用圖論分析結(jié)合非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法,分析了性別因素對(duì)小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的影響,為深入理解小腦結(jié)構(gòu)及功能的兩性異形提供了新的研究視角。 本研究三個(gè)部分,摘要如下： 基于薄層斷面解剖及MRI數(shù)據(jù)的小腦深部核團(tuán)對(duì)照及可視化研究 研究目的： 研究薄層斷面、標(biāo)本及活體MRI圖像上小腦深部核團(tuán)的位置分布和形態(tài),并構(gòu)建國(guó)人小腦深部核團(tuán)三維可視化模型,為小腦功能影像學(xué)研究、電刺激核團(tuán)療法的功能相關(guān)性研究以及核團(tuán)立體定向手術(shù)提供解剖學(xué)依據(jù)。 研究對(duì)象和方法： 選擇三具尸體標(biāo)本,先行以CT與1.5T MRI經(jīng)前后連合間線掃描,排除器質(zhì)性病變,選取2例國(guó)人成年尸體頭部標(biāo)本,其中1例經(jīng)明膠包埋和深低溫冷凍后,采用銑削精度為0.001mmm的SKC500型數(shù)控銑床同樣經(jīng)連合間線制成層厚為0.1mm的連續(xù)薄層橫斷切片,然后對(duì)獲取的圖像進(jìn)行解剖學(xué)觀察并擇取與齒狀核相關(guān)的典型斷面與活體MRI圖像,以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)本3.0T MRI圖像對(duì)照。另外選取連續(xù)薄層斷面數(shù)據(jù)及高分辨率的標(biāo)本3DMRI數(shù)據(jù)中小腦核團(tuán)相關(guān)的圖像資料,利用Amira 5.0三維可視化軟件,在二維斷面上對(duì)小腦深部核團(tuán)進(jìn)行精確分割后,進(jìn)行表面以及體積重建。 結(jié)果： 1.共獲得與小腦相關(guān)的薄層斷面圖像620幅,其中齒狀核、頂核、球狀核以及栓狀核出現(xiàn)的層面數(shù)分別約為145、12、25、20幅。 2.在連續(xù)橫斷面上觀察到小腦核團(tuán)出現(xiàn)的位置以及形態(tài),齒狀核最大且最先出現(xiàn),位于最外側(cè),形似一個(gè)向內(nèi)側(cè)開(kāi)口的折疊口袋狀結(jié)構(gòu)；頂核是最靠?jī)?nèi)側(cè)的核團(tuán),緊鄰第四腦室頂?shù)耐鈧?cè)和上蚓前部的內(nèi)側(cè)面,在中線兩側(cè)對(duì)稱分布；栓狀核位齒狀核內(nèi)側(cè),不易與其區(qū)分,核團(tuán)部分遮蓋齒狀核門；球狀核由多個(gè)散在分布灰質(zhì)團(tuán)塊組成,呈前后向伸長(zhǎng),出現(xiàn)在栓狀核與頂核之間區(qū)域。 3.成功構(gòu)建小腦核團(tuán)的三維可視化模型,重建的結(jié)果能夠清晰顯示具有偽彩的小腦深部核團(tuán)結(jié)構(gòu)與周圍未分割的真彩色的結(jié)構(gòu)間的解剖毗鄰關(guān)系。 結(jié)論： 本研究首次利用數(shù)控冷凍銑削和計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù),結(jié)合高分辨率MRI,成功構(gòu)建了中國(guó)人小腦深部核團(tuán)的三維模型。連續(xù)薄層橫斷面,MRI數(shù)據(jù)及三維可視化模型能夠較好的顯示小腦深部核團(tuán)的位置、形態(tài)以及與周圍小腦結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系,為小腦深部核團(tuán)的功能影像學(xué)研究和核團(tuán)的立體定位提供了解剖學(xué)基礎(chǔ)。 基于MRI數(shù)據(jù)分析人類小腦結(jié)構(gòu)的性別差異及側(cè)化 研究目的： 本研究利用大樣本正常年輕中國(guó)人腦部高場(chǎng)強(qiáng)MRI數(shù)據(jù),在小腦標(biāo)準(zhǔn)空間內(nèi),利用的全自動(dòng)圖像處理方法獲取正常人小腦灰質(zhì)體積的正常參考值,并分析小腦灰質(zhì)整體和局部結(jié)構(gòu)的性別差異、側(cè)化、以及兩者的交互作用。 研究對(duì)象和方法： 3.0TMRI獲取112例年齡在18-33歲,年輕男女性的高分辨T1WI小腦數(shù)據(jù),首先利用基于圖譜的自動(dòng)體積測(cè)定法獲取了正常國(guó)人小腦灰質(zhì)體積的正常參考值,然后在非偏倚小腦空間內(nèi),結(jié)合優(yōu)化的基于體素形態(tài)測(cè)定法VBM (optimized voxel-based morphometry)分析小腦結(jié)構(gòu)的性別差異。結(jié)果顯示兩種測(cè)量方法在分析性別差異上大體一致。最后,利用自定義的小腦灰質(zhì)對(duì)稱模板,分析了小腦半球的側(cè)化及其與性別差異的交互作用。 結(jié)果： 1.整體上,男性小腦的絕對(duì)灰質(zhì)體積值顯著大于女性,但考慮男女性整腦差異后,兩性小腦相對(duì)體積的差別不顯著。 2.局部結(jié)果顯示男性小腦前葉及后葉中部體積明顯大于女性,包括：左側(cè)V小葉、左側(cè)袢狀小葉CrusⅡ、左側(cè)及右側(cè)后葉Ⅷb小葉、小腦蚓CrusⅡ小葉。女性小腦后葉外側(cè)的右側(cè)CrusⅡ和左側(cè)Ⅸ小葉大于男性。 3.小腦側(cè)化性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),小腦半球右側(cè)明顯大于左側(cè),但是小腦后葉外側(cè)CrusⅡ小葉女性大于男性。 4.此外,性別因素對(duì)小腦結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的影響,結(jié)果分析顯示：男性相對(duì)于女性,在多個(gè)小葉表現(xiàn)出散在的左側(cè)半球相對(duì)較大,在CrusⅡ小葉顯示右側(cè)較大。 結(jié)論： 本研究首次在小腦標(biāo)準(zhǔn)空間內(nèi),利用自動(dòng)的基于圖譜的體積測(cè)定法及基于體素的形態(tài)測(cè)量(VBM)分析了112例大樣本MRI數(shù)據(jù),提供了中國(guó)青年人(18-33歲)小腦灰質(zhì)體積的正常參考值,及其兩性異形和側(cè)化性結(jié)果,為小腦功能及相關(guān)疾病的研究提供了詳實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 基于圖論分析小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及其性別差異研究 研究目的： 利用大樣本量的MRI結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),通過(guò)測(cè)量小腦灰質(zhì)體積值,分析小腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接模式,以此構(gòu)建小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并分析其是否具有小世界網(wǎng)絡(luò)屬性。另外利用圖論及非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法,研究了性別因素對(duì)男女性小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的影響。研究對(duì)象和方法： 本研究利用3.0Tesla MRI獲取112例年齡在18-33歲,年輕男女性的高分辨T1WI數(shù)據(jù)。采用基于圖譜的自動(dòng)體積測(cè)定法得到,包括小腦半球及蚓部在內(nèi)的28個(gè)局部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的體積值。通過(guò)計(jì)算人群內(nèi),兩兩結(jié)構(gòu)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值,利用控制多重檢測(cè)錯(cuò)誤的發(fā)現(xiàn)比率(false discovery rate, FDR)方法對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣取閾值,構(gòu)建小腦結(jié)構(gòu)二值化網(wǎng)絡(luò)。然后利用圖論分析方法,計(jì)算其網(wǎng)絡(luò)測(cè)度,并驗(yàn)證構(gòu)建的小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是否具有小世界網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。最后,進(jìn)一步對(duì)其網(wǎng)絡(luò)屬性進(jìn)行分析,包括連接度及其分布類型,中樞節(jié)點(diǎn)區(qū)域。此外,通過(guò)基于形態(tài)學(xué)量度建立網(wǎng)絡(luò)的方法,分別構(gòu)建了男女性小腦的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。利用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法,評(píng)估了性別因素對(duì)小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)屬性的影響。 結(jié)果： 1.研究發(fā)現(xiàn),在大尺度范圍上構(gòu)建的小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有小世界網(wǎng)絡(luò)特征性的較高集聚系數(shù)和較短的特征路徑長(zhǎng)度,小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性測(cè)度值為：Cpreal=0.47, Lpreal=1.85。 2.分析其他網(wǎng)絡(luò)屬性發(fā)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)連接度的分布符合指數(shù)截?cái)鄡缏煞植�；利用�?jì)算網(wǎng)絡(luò)的平均度及標(biāo)準(zhǔn)化介數(shù)定義了9個(gè)小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的中樞區(qū)域,這些結(jié)構(gòu)分布在小腦不同的功能區(qū)內(nèi)。 3.男性與女性小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出類似的全局效能,另外較之男性,女性表現(xiàn)出較高的局部效能(高集聚系數(shù)),表明男女性小腦結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出類似的功能,但是功能區(qū)的分布男女性存在差異。 4.在稀疏度為21%是對(duì)兩組小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)介數(shù)進(jìn)行差異分析,顯著性差異的節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)椋号阅行?左側(cè)V和右側(cè)VI；男性大于女性,蚓部CrusⅡ、右側(cè)CrusⅡ、蚓部X小葉；男女性小腦網(wǎng)絡(luò)的中樞節(jié)點(diǎn)區(qū)域分布在不同的小腦結(jié)構(gòu)上。 結(jié)論： 本研究首次利用大樣本MRI數(shù)據(jù),成功構(gòu)建了小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),證實(shí)其具有小世界網(wǎng)絡(luò)性質(zhì),詳細(xì)分析了其網(wǎng)絡(luò)屬性,并且利用圖論分析方法評(píng)估了性別差異對(duì)小腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的影響,為深入理解正常和疾病狀態(tài)小腦結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系提供了新的研究視角及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
【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】：2010
【分類號(hào)】：R445.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2774457