本文關鍵詞：抑郁癥腦解剖網(wǎng)絡的縱向變化研究

  更多相關文章： 抑郁癥 抗抑郁治療 彌散張量成像 腦結構網(wǎng)絡 機器學習 腦連接組

【摘要】：抑郁癥是一種較為常見的情緒障礙,多年來在神經生化和遺傳及社會心理等多方面對抑郁癥的發(fā)病機制展開了大量的臨床研究,但目前具體機制仍不完全清楚。隨著神經影像技術不斷發(fā)展,以及與多學科的緊密結合,抑郁癥被認為是一種“失連接”故障。本文的工作主要圍繞著基于彌散張量成像模態(tài)的腦白質結構網(wǎng)絡進行,通過不同的分析方法和角度,來研究抑郁癥患者及經過抗抑郁藥物治療后患者的腦結構網(wǎng)絡拓撲屬性的變化,以及這些變化與臨床現(xiàn)象間的關系。本文的主要研究工作和內容有如下四項,概括如下：(1)從網(wǎng)絡的分化、整合和中心性角度,分析抑郁癥患者的腦結構網(wǎng)絡的拓撲屬性特征我們采用彌散張量成像技術來探究抑郁癥患者腦結構網(wǎng)絡的拓撲組織結構的變化。首先構建了FA加權的無向腦白質網(wǎng)絡,并計算了網(wǎng)絡的拓撲屬性指標。結果發(fā)現(xiàn),網(wǎng)絡的全局屬性沒有發(fā)現(xiàn)顯著性變化,而局部屬性上受損的節(jié)點大多集中于認知情緒環(huán)路和額頂環(huán)路。其中,右側前額葉皮層部分節(jié)點的中心性與病程呈負相關性,右側額下回三角部的中心性和右側額上回眶額部的效率屬性與疾病嚴重程度呈正相關性。這些結果首次表明在抑郁癥患者中,與情緒和認知處理相關的白質結構連接存在損傷。抑郁癥患者的功能網(wǎng)絡上的紊亂具有物質結構的基礎,這對于探究抑郁癥發(fā)病機制中有著重要的意義。(2)受腦網(wǎng)絡結構經濟性特征啟發(fā),探究腦結構網(wǎng)絡中高能量消耗的hub點在疾病識別中的效果將網(wǎng)絡指標作為分類特征,并采用兩種策略將這些特征分成HUB類(僅包含hub點腦區(qū)的特征)和MIX類(同時包括hub點和非hub點的特征)。運用基于徑向基核函數(shù)的支持向量機分類器進行抑郁癥患者和健康對照的識別。結果顯示HUB和MIX特征都能將患者和對照進行區(qū)分,但HUB在識別患者的能力上比MIX更優(yōu)。說明網(wǎng)絡中hub點的損傷對整個網(wǎng)絡的影響更大。在進一步的特征辨別力分析中發(fā)現(xiàn),發(fā)生變化的hub點主要集中在額頂環(huán)路。這些結果暗示hub點能作為識別抑郁癥患者的潛在診斷指標,以及額頂環(huán)路上hub點的損傷與抑郁癥病理機制有著重要的關系。(3)發(fā)作期與緩解期抑郁癥患者腦結構網(wǎng)絡模式的差異為了更好的描述抑郁癥疾病的信息,提出了一種新穎的分類模式架構。具體來說,我們引入了五種生理參數(shù)指標,并基于這五種指標構建了五種加權結構網(wǎng)絡。接著分別選擇了具有代表性的網(wǎng)絡參數(shù)指標,分別是網(wǎng)絡強度、邊的介數(shù)和網(wǎng)絡通訊指標。結果顯示,發(fā)作期與緩解期患者分別與健康對照的區(qū)分模式類似,主要改變的是警醒網(wǎng)絡,默認網(wǎng)絡和額頂網(wǎng)絡度的屬性；而發(fā)作期與緩解期患者之間主要的差異模式是默認網(wǎng)絡內和默認網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡(如視覺識別網(wǎng)絡和警醒網(wǎng)絡)間的通訊指標。這些結果表明抑郁癥的損傷主要與警醒網(wǎng)絡,默認網(wǎng)絡和額頂網(wǎng)絡內直接的結構連接的破損有關,而抑郁癥的緩解可能與默認網(wǎng)絡內,以及默認網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡間(如警醒網(wǎng)絡和視覺皮層網(wǎng)絡)的網(wǎng)絡代償有關。(4)抑郁癥患者治療前后hub水平社區(qū)結構的變化神經信息處理過程中的分化和整合功能是腦網(wǎng)絡信息通訊的兩個重要方面,這兩方面的平衡是執(zhí)行認知功能時各個相互分散的子網(wǎng)絡系統(tǒng)間信息高效交互的保證。在網(wǎng)絡分析中,社區(qū)結構和hub點能分別對這兩個方面進行觀察。目前,鮮有研究探討抗抑郁藥物對腦網(wǎng)絡中信息通訊的分化和整合功能的影響�；诖�,我們利用彌散張量技術研究經過抗抑郁藥物之后患者hub水平上社區(qū)結構的變化情況。同時,在方法部分,嘗試改進置換網(wǎng)絡檢驗的統(tǒng)計方式,使得能在個體水平上進行統(tǒng)計分析。首先構建腦白質網(wǎng)絡,并進行模塊探測,接著主要關注每一個被試的hub水平社區(qū)結構分析。結果發(fā)現(xiàn),與對照相比,治療前后患者的hub水平社區(qū)結構發(fā)生了重組,主要集中在額頂環(huán)路和認知情緒環(huán)路。此外,治療前后患者分別與對照相比,在hub角色變化主要集中在額頂環(huán)路,且變化模式比較穩(wěn)定：而在治療前后對比中發(fā)現(xiàn),兩組間存在著hub角色互換的不穩(wěn)定狀態(tài)。在相關分析中發(fā)現(xiàn),左側前扣帶回和右側楔前葉的模塊相關屬性與17項漢密爾頓總分呈顯著相關性。同時,治療前后內側額上回的模塊間度值的減分率與治療前后17項漢密爾頓總分的減分率呈正相關性。這些實驗結果表明抗抑郁藥物治療使得hub水平社區(qū)結構發(fā)生了重組,且此影響主要位于額頂環(huán)路,預示著這些受影響環(huán)路中可能存在著一種分化和整合能力之間的不平衡性,以及不同腦區(qū)間功能整合能力的紊亂。同時,這些受影響的環(huán)路可能是抑郁癥療效的敏感反應區(qū)。
【關鍵詞】：抑郁癥 抗抑郁治療 彌散張量成像 腦結構網(wǎng)絡 機器學習 腦連接組
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R749.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 本論文專用術語縮略詞及中英文對照表13-15
• 第一章 緒論15-33
• 1.1 引言15-19
• 1.2 抑郁癥的腦網(wǎng)絡神經影像學研究現(xiàn)狀19-28
• 1.2.1 抑郁癥患者受損的功能連接網(wǎng)絡20-21
• 1.2.2 抑郁癥患者受損的結構連接網(wǎng)絡21-22
• 1.2.3 尋找抑郁癥診斷生物學標記22-23
• 1.2.4 探尋抑郁癥治療機制及潛在的治療靶點23-28
• 1.3 本文的研究內容和創(chuàng)新28-30
• 1.4 本文的組織結構30-33
• 第二章 抑郁癥腦結構網(wǎng)絡分析方法綜述33-45
• 2.1 引言33-35
• 2.2 腦結構網(wǎng)絡基本概念35-42
• 2.2.1 彌散張量成像技術基本概念35-36
• 2.2.2 腦結構網(wǎng)絡構建方法36-38
• 2.2.3 常用的腦網(wǎng)絡圖論分析指標38-42
• 2.3 抑郁癥腦結構網(wǎng)絡分析現(xiàn)狀42-44
• 2.4 結論44-45
• 第三章 抑郁癥患者腦結構網(wǎng)絡的圖論指標分析45-65
• 3.1 引言45-46
• 3.2 材料與方法46-55
• 3.2.1 實驗數(shù)據(jù)46-47
• 3.2.2 數(shù)據(jù)預處理及結構網(wǎng)絡構建47-50
• 3.2.3 圖論指標分析50-53
• 3.2.4 統(tǒng)計分析53-54
• 3.2.5 測試模型54-55
• 3.2.6 臨床相關分析55
• 3.3 實驗結果55-60
• 3.3.1 全局網(wǎng)絡指標55-57
• 3.3.2 局部網(wǎng)絡指標57-59
• 3.3.3 測試模型59
• 3.3.4 臨床相關59-60
• 3.4 討論60-64
• 3.5 結論64-65
• 第四章 抑郁癥患者hub點損傷模式分析65-79
• 4.1 引言65-67
• 4.2 材料與方法67-70
• 4.2.1 實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)預處理67
• 4.2.2 定義hub點67-68
• 4.2.3 特征選擇68
• 4.2.4 模式分類及異常模式分析68-70
• 4.3 實驗結果70-74
• 4.3.1 hub點分布70-71
• 4.3.2 分類性能和異常模式71-74
• 4.4 討論74-77
• 4.5 結論77-79
• 第五章 發(fā)作期與緩解期抑郁癥患者腦結構網(wǎng)絡模式的差異79-97
• 5.1 引言79-80
• 5.2 材料與方法80-86
• 5.2.1 實驗數(shù)據(jù)80-81
• 5.2.2 數(shù)據(jù)預處理和網(wǎng)絡構建81-84
• 5.2.3 特征提取和特征選擇84-85
• 5.2.4 模式識別和異常模式分析85-86
• 5.3 實驗結果86-90
• 5.3.1 分類性能86-87
• 5.3.2 異常模式87-90
• 5.4 討論90-94
• 5.4.1 高辨別力的特征90-92
• 5.4.2 損傷模式92-93
• 5.4.3 恢復模式93-94
• 5.5 結論94-97
• 第六章 抑郁癥患者治療前后hub水平社區(qū)結構的變化97-123
• 6.1 引言97-98
• 6.2 材料與方法98-105
• 6.2.1 實驗數(shù)據(jù)98-99
• 6.2.2 數(shù)據(jù)預處理和網(wǎng)絡構建99-100
• 6.2.3 hub水平社區(qū)結構(HLCSN)100-101
• 6.2.4 統(tǒng)計分析101-105
• 6.2.5 臨床相關分析105
• 6.3 實驗結果105-116
• 6.3.1 HLCSN結構105-107
• 6.3.2 HLCSN的全局和局部差異107-113
• 6.3.3 HLCSN的hub角色變化113-114
• 6.3.4 臨床相關114-116
• 6.4 討論116-121
• 6.5 結論121-123
• 第七章 總結與展望123-131
• 7.1 總結123-128
• 7.1.1 研究內容總結123-127
• 7.1.2 研究的局限性127-128
• 7.2 展望128-131
• 參考文獻131-151
• 致謝151-153
• 作者簡介153-156
• 個人簡介153
• 期刊論文153-155
• 會議論文155-156

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