本文關鍵詞：大腦皮層結構網(wǎng)絡方法研究及其在精神分裂癥中的應用

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【摘要】：人類的大腦是已知的目前世上最為精密和復雜的實體系統(tǒng),從功能上講,大腦負責控制著個體的各種初高級行為,在結構上,大腦擁有約1011個神經(jīng)元,和約1015個神經(jīng)突觸相互聯(lián)接這些神經(jīng)元。大腦皮層網(wǎng)絡有兩類結構特點,一類為少數(shù)的連接密集的節(jié)點集群(hub),另一類,是連接數(shù)遠小于大腦平均連接數(shù)的節(jié)點,而此類節(jié)點占腦中節(jié)點的大部分。正是由于這樣的結構特征,所以使得人類大腦可以快速且低能耗的運轉(zhuǎn)。研究中,人們發(fā)現(xiàn)連接密集的節(jié)點集群的一些已知的功能異常通常和它們所相關聯(lián)的精神疾病有著密不可分的聯(lián)系。雖然人們的對大腦功能連接的節(jié)點集群已經(jīng)能做了大量的研究,但是人們對大腦皮層的機構連接仍然知之甚少。而基于磁共振成像數(shù)據(jù)的大腦結構網(wǎng)絡研究,一直以來都缺少一種基于體素水平的數(shù)據(jù)驅(qū)動研究方法來探究大腦結構網(wǎng)絡節(jié)點的一些屬性。精神分裂癥是一種常見的重大精神疾病,而其病因至今仍尚未明確。目前對于精神分裂癥的診斷,大多都是依據(jù)患者的臨床癥狀,這是因為目前對精神分裂癥仍然沒有一種有效而客觀的生理病理學標記。目前,利用磁共振對精神分裂癥的研究多集中于功能磁共振與基于腦區(qū)的結構磁共振形態(tài)學研究,而在這里,我們將提出一種大腦結構網(wǎng)絡的基于體素水平的數(shù)據(jù)驅(qū)動研究方法。本文的主要研究工作包括如下兩個部分:1、根據(jù)先前研究結果,選取皮層厚度為大腦結構形態(tài)學指標,刻畫大腦結構網(wǎng)絡的連接特征�？紤]到大腦皮層厚度可以反映神經(jīng)元細胞的尺寸、密度和排列情況,我們提出了一基于體素水平的數(shù)據(jù)驅(qū)動大腦結構連接研究方法,即“大腦結構連接密度圖譜”。我們首先利用網(wǎng)格頂點來建立大腦每個半球的灰質(zhì)白質(zhì)、大腦灰質(zhì)腦脊液表面模型,將大腦皮層分別確定為一個個體素,并測量皮層厚度信息。而兩個皮層體素之間是否存在連接,是根據(jù)在人群水平上這兩個體素是否存在顯著的共變一致性來確定。之后,根據(jù)大腦整體的連接情況,我們構建了全局,局部和長程的大腦結構連接密度圖譜,并驗證了算法的穩(wěn)定可靠性。2、利用大腦結構連接密度算法,我們對了精神分裂癥患者和健康被試的局部結構連接密度圖譜和長城結構連接密度圖譜進行了對比研究。并將對比的差異結果投射至自動解剖標記模版所對應的腦區(qū)。本研究發(fā)現(xiàn)這些差異結果主要為,精神分裂癥患者的局部結構連接密度在雙側(cè)額上回內(nèi)側(cè),額中回,額下回等腦區(qū)較正常被試較高,而中央前回、楔前葉、中央后回、顳上回和緣上回等腦區(qū)卻有著顯著低于健康被試的局部結構連接密度。而精神分裂癥病人的長程結構鏈接密度在額上回內(nèi)側(cè),額下回蓋部和楔葉等腦區(qū)較正常被試較高,而在中央前回、中央后回、腦島和枕中回等腦區(qū)卻有著顯著低于健康被試的長程結構連接密度。這些腦區(qū)的異常與精神分裂癥病理息息相關,意味著大腦結構連接密度算法對于精神分裂癥患者的診斷、治療都具有很重要的意義。本研究的工作包括算法的提出和算法驗證,以及算法在精神分裂癥患者數(shù)據(jù)中進行的臨床數(shù)據(jù)的驗證研究。這些研究結果都證實了大腦結構連接密度算法的可靠、穩(wěn)定與實用性,為研究大腦結構連接網(wǎng)絡帶來一種新的途徑。
【關鍵詞】：腦網(wǎng)絡 結構連接 數(shù)據(jù)驅(qū)動 精神分裂癥
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R749.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 結構磁共振研究12-13
• 1.2.2 大腦皮層網(wǎng)絡研究13-15
• 1.2.3 精神分裂癥分析研究15-17
• 1.3 研究內(nèi)容和意義17-18
• 1.4 論文組織結構18-19
• 第二章 大腦皮層結構網(wǎng)絡連接密度算法研究19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 材料與方法19-23
• 2.2.1 被試19-20
• 2.2.2 數(shù)據(jù)采集20
• 2.2.3 數(shù)據(jù)預處理20-21
• 2.2.4 大腦結構網(wǎng)絡構建21
• 2.2.5 全局結構連接密度圖譜構建21-22
• 2.2.6 局部結構連接密度圖譜構建22-23
• 2.2.7 長程結構連接密度圖譜構建23
• 2.3 結果23-29
• 2.3.1 全局結構連接密度圖譜23-25
• 2.3.2 局部結構連接密度圖譜25-27
• 2.3.3 長程結構連接密度圖譜27-29
• 2.4 討論29-32
• 2.4.1 算法穩(wěn)定性評估29-31
• 2.4.2 算法效力評估31-32
• 2.5 本章小結32-33
• 第三章結構連接密度算法在精神分裂癥中的應用33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 材料與方法33-36
• 3.2.1 被試33-34
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集34
• 3.2.3 數(shù)據(jù)預處理34
• 3.2.4 局部結構連接密度圖譜構建34-35
• 3.2.5 長程結構連接密度圖譜構建35
• 3.2.6 置換檢驗評估35-36
• 3.3 結果36-40
• 3.3.1 精神分裂癥病人和正常被試局部結構連接密度比較37-39
• 3.3.2 精神分裂癥病人和正常被試長程結構連接密度比較39-40
• 3.4 討論40-41
• 3.5 本章小結41-43
• 第四章 總結和展望43-45
• 4.1 本文總結43-44
• 4.2 展望44-45
• 致謝45-46
• 參考文獻46-54
• 攻讀碩士學位期間取得的成果54-55

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本文編號：1065209