本文關(guān)鍵詞：基于靜息態(tài)腦電的AD患者腦網(wǎng)絡(luò)連接特性及核心節(jié)點研究

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【摘要】：研究目的:阿爾茲海默病(Alzheimer’s Disease,AD),是一種發(fā)生于老年期的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,其臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶力損害,嚴(yán)重危害老年人的身心健康并影響生存質(zhì)量。已有的研究證實AD患者腦網(wǎng)絡(luò)連接異常,腦網(wǎng)絡(luò)的研究對深入理解AD的發(fā)病機制具有重要的理論意義。本論文對AD和正常老年人多通道腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域Granger因果分析,研究AD患者靜息態(tài)腦電信號在不同頻段的網(wǎng)絡(luò)連接特性、核心節(jié)點的分布及腦網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,為研究AD靜息態(tài)的腦網(wǎng)絡(luò)特性提供支持。研究方法:1.實驗數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)來自天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,分別為15名AD患者和15名正常老年人在清醒閉目狀態(tài)下的16通道腦電信號(EEGs)。2.數(shù)據(jù)預(yù)處理:采集到的原始數(shù)據(jù)選取基線較平穩(wěn),無明顯偽差的EEG信號,對EEG信號進(jìn)行基線漂移校正、工頻濾波等預(yù)處理。3.時頻分析:應(yīng)用短時傅里葉變換(Short-time Fourier Transform,STFT)對各通道的EEG信號進(jìn)行時頻分析,獲取能量分布集中的頻段。提取頻段分量:delta[0.5-4Hz)、theta[4-8Hz)、alpha[8-13Hz)、low-beta[13-20Hz)和high-beta[20-30Hz)。4.計算EEGs各頻段的定向傳遞函數(shù)(Directed Transform Function,DTF):基于多變量頻域Granger因果分析方法,分別計算AD組和正常對照組(Healthy Control,HC)在各個頻段的因果連接矩陣、網(wǎng)絡(luò)連接強度和網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)。5.計算網(wǎng)絡(luò)的rich-club系數(shù):計算各個頻段網(wǎng)絡(luò)的rich-club系數(shù),分析網(wǎng)絡(luò)的rich-club特性。6.核心節(jié)點分布:基于介數(shù)中心度法(Betweenness Centrality,BC)計算AD組和HC組腦網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點,并分析核心節(jié)點的易損性。7.統(tǒng)計學(xué)分析:使用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行獨立樣本t檢驗,計量資料用均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(xsx±)表示。比較兩組受試在不同頻段上因果網(wǎng)絡(luò)的連接均值DTFmean,全局效率Eglob,集群系數(shù)C等。研究結(jié)果:1、時頻分析AD組EEGs的能量主要集中delta頻段,theta頻段次之;HC組的腦電能量主要分布在alpha頻段。2、基于DTF矩陣構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)AD組和HC組的各頻段腦電數(shù)據(jù)的因果關(guān)系矩陣,在alpha、low-beta和high-beta頻段均具有顯著性差異。alpha頻段AD組的DTF值為0.0291±0.0017,HC組的DTF值為0.0393±0.0009(P0.001);low-beta頻段AD組的DTF值為0.0251±0.0014,HC組的DTF值為0.0322±0.0008(P0.01);high-beta頻段AD組的DTF值為0.0240±0.0015,HC組的DTF值0.0284±0.0013(P0.05)。在全頻段、delta和theta頻段則無顯著性差異。3、因果網(wǎng)絡(luò)的定量描述基于DTF值構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò),計算AD組和HC組在各頻段的網(wǎng)絡(luò)全局效率和集群系數(shù)。全局效率:在alpha、low-beta和high-beta頻段均具有顯著性差異,alpha頻段AD組的Eglob值為0.0421±0.0024,HC組為0.0532±0.0012(P0.01);low-beta頻段AD組的Eglob值為0.0368±0.0019,HC組為0.0473±0.0011(P0.001);high-beta頻段AD組的Eglob值為0.0346±0.0018,HC組為0.0422±0.0011(P0.01)。在全頻段、delta和theta頻段則無顯著性差異。集群系數(shù):在alpha和low-beta頻段均具有顯著性差異,alpha頻段AD組集群系數(shù)C的值為0.0237±0.0015,HC組為0.0305±0.0007(P0.01);low-beta頻段AD組集群系數(shù)C的值為0.0198±0.0012,HC組為0.0244±0.0009,(P0.01)。在全頻段、delta,theta和high-beta頻段則無顯著性差異。4、Rich-club系數(shù)AD組和HC組網(wǎng)絡(luò)的rich-club系數(shù)均存在大于1的情況,且隨k值的增大而增大。說明AD組和HC組的因果網(wǎng)絡(luò)都存在rich-club特性。5、網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點分析基于介數(shù)中心度法求出兩組受試者的核心節(jié)點分布,并進(jìn)行統(tǒng)計分析。發(fā)現(xiàn)AD組的核心節(jié)點數(shù)少于HC組,且在前腦區(qū)無核心節(jié)點分布。6、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊,在alpha頻段,AD組的易損值為0.1251±0.0055,HC組的易損值為0.1075±0.0024(P0.01),AD組顯著大于HC組,說明AD網(wǎng)絡(luò)中核心節(jié)點的破壞對整個網(wǎng)絡(luò)的影響程度更高。研究結(jié)論:本文基于靜息態(tài)腦電數(shù)據(jù),應(yīng)用頻域Granger因果分析對AD患者和正常老年人構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò),從網(wǎng)絡(luò)連接的角度分析兩者的連接特性差異。并計算兩組受試靜息態(tài)因果網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點分布。(1)AD患者的腦區(qū)因果連接強度較弱,AD組alpha網(wǎng)絡(luò)和beta網(wǎng)絡(luò)的集群系數(shù)和全局效率均較低,表明AD患者的腦網(wǎng)絡(luò)相較于正常老年人有所受損。(2)AD患者和正常老年人腦網(wǎng)絡(luò)均存在rich-club現(xiàn)象,即網(wǎng)絡(luò)中存在一些節(jié)點,它們具有高的節(jié)點度且彼此之間的連接相比于節(jié)點度低的節(jié)點更為緊密。(3)AD患者的核心節(jié)點數(shù)少于對照組,且在前腦區(qū)無核心節(jié)點分布,提示AD腦網(wǎng)絡(luò)的前腦區(qū)連接減弱。(4)在alpha頻段,AD組的易損性顯著大于HC組,說明AD患者alpha網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點的破壞對整個網(wǎng)絡(luò)的影響程度更高。
【關(guān)鍵詞】：阿爾茲海默病 腦網(wǎng)絡(luò) 腦電 rich-club 現(xiàn)象 核心節(jié)點 定向傳遞函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R749.16
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-13
• 縮略語/符號說明13-14
• 一、前言14-22
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 腦網(wǎng)絡(luò)15-21
• 1.2.1 AD腦網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點和Rich-club特性18-19
• 1.2.3 Granger因果分析19-21
• 1.3 研究目的21
• 1.4 研究內(nèi)容21-22
• 1.4.1 研究的主要內(nèi)容21
• 1.4.2 論文的結(jié)構(gòu)21-22
• 二、原理與方法22-31
• 2.1 數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理23-24
• 2.2 頻域Granger因果24-26
• 2.2.1 因果網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建25-26
• 2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)26-28
• 2.4 Rich-club系數(shù)28-29
• 2.5 介數(shù)中心度29-30
• 2.6 網(wǎng)絡(luò)攻擊30
• 2.7 統(tǒng)計學(xué)處理方法30-31
• 三、結(jié)果31-43
• 3.1 EEG的時頻分布31-34
• 3.1.1 多通道EEGs各頻段能量百分比33-34
• 3.2 EEGs因果連接強度和腦網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)34-39
• 3.2.1 因果連接34-37
• 3.2.2 因果網(wǎng)絡(luò)37-39
• 3.3 Rich-club系數(shù)39-40
• 3.4 核心節(jié)點的計算40-43
• 3.4.1 介數(shù)中心度法定義核心節(jié)點40-42
• 3.4.2 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析42-43
• 四、結(jié)論與討論43-48
• 4.1 結(jié)論43
• 4.2 討論43-48
• 4.2.1 AD腦網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)43-44
• 4.2.2 核心節(jié)點44-45
• 4.2.3 Rich-club特性45-46
• 4.2.4 攻擊Rich-club節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)屬性的影響46-48
• 五、總結(jié)與展望48-49
• 參考文獻(xiàn)49-57
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明57-58
• 綜述 AD腦網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀58-69
• 綜述參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 個人簡歷70

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本文編號：674251