發(fā)布時(shí)間：2017-09-17 17:41

  本文關(guān)鍵詞：旁海馬組織腦網(wǎng)絡(luò)圖譜研究

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【摘要】：旁海馬組織位于內(nèi)側(cè)顳葉,是連接海馬和大腦新皮層的重要通道。旁海馬參與很多重要的認(rèn)知功能,比如長(zhǎng)時(shí)記憶、工作記憶以及感知。由于旁海馬參與功能的重要性和復(fù)雜性,正確識(shí)別人類活體大腦的旁海馬解剖組織結(jié)構(gòu)是我們深刻認(rèn)識(shí)旁海馬功能的主要障礙之一。但是,目前缺少一個(gè)適用于神經(jīng)影像學(xué)研究的精細(xì)并且正確的旁海馬組織圖譜。目前常用的大腦圖譜總是粗糙的描述這個(gè)區(qū)域,比如AAL模板、FreeSurfer模板等。這些圖譜最大的問題是與細(xì)胞構(gòu)筑研究并不一致。因此,目前對(duì)于旁海馬功能的研究只能基于旁海馬傳統(tǒng)解剖定義框架在結(jié)構(gòu)磁共振像上通過手工勾取感興趣區(qū)的方式進(jìn)行�；诩�(xì)胞構(gòu)筑的傳統(tǒng)解剖定義旁海馬組織具有三個(gè)亞區(qū),分別是內(nèi)嗅皮質(zhì)(ERC)、嗅周皮質(zhì)(PRC)和旁海馬皮質(zhì)(PHC)。但是這樣的旁海馬組織解剖區(qū)分也是不精細(xì)的,在嗅周皮質(zhì)或者旁海馬皮質(zhì)之間可能存在功能異質(zhì)性的亞區(qū)。因此,本文使用基于白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)連接模式分區(qū)的方法對(duì)旁海馬進(jìn)行劃分,得到了適用于影像學(xué)研究的精細(xì)旁海馬組織腦網(wǎng)絡(luò)圖譜。由于旁海馬組織是記憶網(wǎng)絡(luò)的核心腦區(qū),并且影響多種神經(jīng)疾病,特別是阿爾茲海默癥(AD)。在此研究中,我們利用T1結(jié)構(gòu)加權(quán)像和靜息態(tài)功能磁共振成像來研究旁海馬組織腦網(wǎng)絡(luò)圖譜各亞區(qū)在AD/MCI數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)改變和腦網(wǎng)絡(luò)異常表征。大量研究表明APOE4基因是AD重要的風(fēng)險(xiǎn)基因,因此我們還通過靜息態(tài)功能磁共振成像研究了基于旁海馬腦網(wǎng)絡(luò)圖譜的APOE4基因功能連接腦網(wǎng)絡(luò)表征。本文的主要成果如下:1、我們根據(jù)彌散張量成像數(shù)據(jù),通過基于白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)連接模式分區(qū)的方法在兩個(gè)不同分辨率、不同人種的獨(dú)立樣本上一致性的把旁海馬組織細(xì)分為四個(gè)亞區(qū)。根據(jù)在分區(qū)結(jié)果拓?fù)浞植贾械目缥锓N相似性,參考猴腦圖譜在旁海馬區(qū)的命名,我們將這四個(gè)亞區(qū)命名為:頭端嗅周皮質(zhì)(PRCr)、尾部嗅周皮質(zhì)(PRCc)、旁海馬皮質(zhì)(PHC)和內(nèi)嗅皮質(zhì)(ERC)。特別地,PRCr、PRCc和PHC這三個(gè)亞區(qū)構(gòu)成了傳統(tǒng)旁海馬解剖定義的海馬旁回(PHG)。這是人類第一個(gè)適用于影像學(xué)研究的精細(xì)旁海馬組織圖譜。在進(jìn)一步的研究中,我們通過彌散張量成像數(shù)據(jù)和靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)對(duì)得到的旁海馬組織腦網(wǎng)絡(luò)圖譜四個(gè)亞區(qū)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)連接和功能連接分析。結(jié)構(gòu)連接和功能連接結(jié)果一致的表明PRCr是前顳葉記憶系統(tǒng)的核心節(jié)點(diǎn),PHC是后內(nèi)側(cè)記憶系統(tǒng)的核心節(jié)點(diǎn),而PRCc整合了前顳葉和后內(nèi)側(cè)記憶系統(tǒng)。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)ERC是海馬旁回三個(gè)亞區(qū)與海馬進(jìn)行連接的重要通道。這些結(jié)果使得我們拓展了目前經(jīng)典的內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)模型和記憶引導(dǎo)行為的雙皮層網(wǎng)絡(luò)模型。2、我們通過T1結(jié)構(gòu)加權(quán)像和靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)研究最新得到的旁海馬圖譜四個(gè)亞區(qū)在兩個(gè)中心AD/MCI數(shù)據(jù)上可重復(fù)的結(jié)構(gòu)萎縮模式和功能連接異常模式。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)ERC和PRCr兩個(gè)亞區(qū)從健康被試到MCI到AD灰質(zhì)體積呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì),也與AD疾病最早在這兩個(gè)亞區(qū)發(fā)生組織病理學(xué)病變結(jié)論吻合。另外我們發(fā)現(xiàn)PHC亞區(qū)在健康被試與AD之間的灰質(zhì)體積差異并不是十分顯著,這表明旁海馬各亞區(qū)在AD/MCI數(shù)據(jù)中的萎縮模式是不同的。在進(jìn)一步的各亞區(qū)功能連接異常網(wǎng)絡(luò)分析中,我們發(fā)現(xiàn)旁海馬各亞區(qū)受到AD疾病影響的腦區(qū)都是屬于默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。特別地,我們發(fā)現(xiàn)PRCr、PRCc和PHC三個(gè)亞區(qū)在后扣帶功能連接受影響的亞區(qū)不同,這與后扣帶是全腦幾個(gè)大尺度網(wǎng)絡(luò)的回聲,后扣帶的亞區(qū)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)大腦的大尺度網(wǎng)絡(luò)這一模型吻合。最后,我們將旁海馬各亞區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能連接受AD/MCI疾病影響結(jié)構(gòu)與以整個(gè)旁海馬為種子點(diǎn)受疾病影響結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),不論是在結(jié)構(gòu)還是功能連接結(jié)果中以整個(gè)旁海馬為種子點(diǎn)的結(jié)果綜合了所有亞區(qū)受影響的結(jié)果,是旁海馬各亞區(qū)受疾病影響結(jié)果的一個(gè)合集,但是沒有體現(xiàn)出各個(gè)亞區(qū)之間的差異和區(qū)別,對(duì)于疾病的研究不夠精準(zhǔn)。這一結(jié)果表示了我們需要對(duì)大的腦區(qū)進(jìn)行功能特異性亞區(qū)劃分,也在疾病研究層面體現(xiàn)了我們分區(qū)的意義和必要性。3、我們利用靜息態(tài)核磁共振數(shù)據(jù)研究了旁海馬腦網(wǎng)絡(luò)圖譜四個(gè)亞區(qū)受APOE4基因影響的全腦功能連接模式。我們發(fā)現(xiàn)PRCr受APOE4基因影響的腦區(qū)主要屬于前顳葉系統(tǒng),PHC受APOE4基因影響的腦區(qū)主要屬于后內(nèi)側(cè)系統(tǒng),而PRCc受APOE4基因影響的腦區(qū)既包含了PRCr受影響的腦區(qū)也包含了PHC受影響的腦區(qū)。這表明PRCc整合了PRCr和PHC連接網(wǎng)絡(luò)這一模型假設(shè)受到了APOE4基因影響。也從基因?qū)用骝?yàn)證了我們提出的PRCc整合了前顳葉-后內(nèi)側(cè)記憶系統(tǒng)這一模型假設(shè)。
【關(guān)鍵詞】：旁海馬 腦網(wǎng)絡(luò)圖譜 腦網(wǎng)絡(luò) 阿爾茲海默癥 記憶網(wǎng)絡(luò)
【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】：2016
【分類號(hào)】：R338;R445.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-32
• 1.1 引言13-14
• 1.2 人類腦圖譜的發(fā)展歷程14-21
• 1.2.1 Brodmann腦圖譜14-15
• 1.2.2 Talairach立體腦圖譜和AAL模板15-17
• 1.2.3 于利希細(xì)胞構(gòu)筑腦圖譜17-18
• 1.2.4 腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜18-21
• 1.3 旁海馬的解剖、連接與功能21-29
• 1.3.1 旁海馬解剖結(jié)構(gòu)、連接與認(rèn)知功能22-26
• 1.3.2 旁海馬與認(rèn)知模型26-29
• 1.3.2.1 內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)模型26-27
• 1.3.2.2 記憶引導(dǎo)行為的雙皮層系統(tǒng)模型27-29
• 1.4 旁海馬與腦疾病29-30
• 1.5 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新30-31
• 1.6 本論文的結(jié)構(gòu)安排31-32
• 第二章 基于連接模式的旁海馬組織腦網(wǎng)絡(luò)圖譜構(gòu)建32-58
• 2.1 研究背景32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法33-42
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)被試33-34
• 2.2.2 磁共振數(shù)據(jù)采集34
• 2.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理34-35
• 2.2.3.1 彌散張量成像和結(jié)構(gòu)磁共振數(shù)據(jù)預(yù)處理34-35
• 2.2.3.2 靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)預(yù)處理35
• 2.2.4 基于連接模式分割旁海馬35-39
• 2.2.4.1 基于結(jié)構(gòu)連接模式分區(qū)框架35-36
• 2.2.4.2 定義旁海馬區(qū)36-37
• 2.2.4.3 纖維跟蹤和構(gòu)建相似性矩陣37-38
• 2.2.4.4 聚類38
• 2.2.4.5 確定分區(qū)數(shù)目和構(gòu)建概率圖譜38-39
• 2.2.4.6 重復(fù)性驗(yàn)證39
• 2.2.5 計(jì)算旁海馬各亞區(qū)連接模式39-42
• 2.2.5.1 旁海馬各亞區(qū)種子點(diǎn)定義39
• 2.2.5.2 旁海馬各亞區(qū)結(jié)構(gòu)連接模式計(jì)算39-40
• 2.2.5.3 旁海馬各亞區(qū)功能連接模式計(jì)算40-42
• 2.2.5.4 旁海馬各亞區(qū)結(jié)構(gòu)和功能連接模式驗(yàn)證42
• 2.3 研究結(jié)果42-54
• 2.3.1 旁海馬分區(qū)結(jié)果42-46
• 2.3.2 旁海馬各亞區(qū)結(jié)構(gòu)連接模式46-50
• 2.3.3 旁海馬各亞區(qū)功能連接模式50-53
• 2.3.3.1 旁海馬各亞區(qū)全腦功能連接模式50-51
• 2.3.3.2 旁海馬各亞區(qū)間功能連接差異模式51
• 2.3.3.3 旁海馬各亞區(qū)在內(nèi)側(cè)顳葉系統(tǒng)內(nèi)的功能連接模式51-52
• 2.3.3.4 旁海馬亞區(qū)功能連接模式小結(jié)52-53
• 2.3.4 旁海馬各亞區(qū)結(jié)構(gòu)和功能連接模式驗(yàn)證結(jié)果53-54
• 2.4 結(jié)果討論54-57
• 2.4.1 旁海馬各亞區(qū)解剖與連接54-55
• 2.4.2 旁海馬內(nèi)存在過渡區(qū)整合前顳葉-后內(nèi)側(cè)系統(tǒng)55-57
• 2.4.3 不足與未來展望57
• 2.5 本章小結(jié)57-58
• 第三章 基于旁海馬腦網(wǎng)絡(luò)圖譜的AD患者腦網(wǎng)絡(luò)表征58-76
• 3.1 研究背景58-62
• 3.1.1 阿爾茲海默癥與輕度認(rèn)知障礙58-59
• 3.1.2 阿爾茲海默癥與結(jié)構(gòu)MRI59-60
• 3.1.3 阿爾茲海默癥與功能MRI60-62
• 3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法62-66
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)62-64
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理64
• 3.2.3 旁海馬各亞區(qū)在AD/MCI數(shù)據(jù)中VBM分析64-65
• 3.2.4 旁海馬各亞區(qū)在AD/MCI數(shù)據(jù)中功能連接分析65-66
• 3.3 研究結(jié)果66-71
• 3.3.1 VBM分析結(jié)果66-68
• 3.3.2 功能連接分析結(jié)果68-71
• 3.4 結(jié)果討論71-75
• 3.4.1 VBM結(jié)果討論72-73
• 3.4.2 功能連接結(jié)果討論73-74
• 3.4.3 不足與未來展望74-75
• 3.5 本章小結(jié)75-76
• 第四章 基于旁海馬腦網(wǎng)絡(luò)圖譜的AOPE基因腦網(wǎng)絡(luò)表征76-83
• 4.1 研究背景76-77
• 4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法77-78
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)被試77
• 4.2.2 數(shù)據(jù)采集77-78
• 4.2.2.1 基因數(shù)據(jù)采集77-78
• 4.2.2.2 磁共振數(shù)據(jù)采集78
• 4.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理78
• 4.2.4 功能連接分析78
• 4.3 研究結(jié)果78-80
• 4.3.1 人口學(xué)和遺傳學(xué)信息78-79
• 4.3.2 旁海馬各亞區(qū)分別在兩組基因數(shù)據(jù)之間的功能連接差異79-80
• 4.4 結(jié)果討論80-82
• 4.5 本章小結(jié)82-83
• 第五章 全文總結(jié)與展望83-85
• 5.1 全文總結(jié)83-84
• 5.2 后續(xù)工作展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-105
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果105-107

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