基于fMRI的原发全面性癫痫脑活动的局域一致性研究

癫痫是一种以神经活动同步性异常增高为特征的中枢神经系统疾病.我们利用基于局域一致性(regional homogeneity,ReHo)分析方法的功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)技术对原发全面性癫痫(idiopathic generalized epilepsy, IGE)进行研究.观察IGE患者相比正常对照组局域一致性的改变情况.结果表明:在静息状态下,患者大脑的局域一致性在某些脑区较正常人低,主要集中在楔前叶、内侧前额叶、双侧颞叶、双侧额中回;另外,在某些脑区较正常人高,主要集中在底丘脑等中缝核团.提示该方法可检出癫痫活动造成的局部脑组织血氧水平依赖(blood oxygen level dependent, BOLD)信号同步性的改变,从而有助于原发全面性癫痫的病理生理机制的探索.     

利用脑局部一致性方法对儿童全身强直发作性癫痫的研究

目的　应用静息态功能磁共振局部一致性方法研究儿童全身强直发作性癫痫患者脑区异常活动,探讨其发生的病理生理机制。 方法　对8例儿童全身强直发作性癫痫患者和30例正常儿童进行磁共振扫描,并计算全脑局部一致性的值,进行组间比较并研究局部一致性与病程的相关性。 结果　与对照组相比,癫痫组ReHo值增高的脑区为大脑深部核团（扣带回,丘脑,楔前叶等）,运动相关脑区,额下回,枕叶,颞叶和小脑;ReHo值降低的脑区为双侧额中回、右侧颞中回、左侧颞上回、双侧中央后回、左侧舌回。全身强直发作性癫痫与病程呈正相关的脑区为左侧楔前叶、左侧顶上小叶、右侧中央前回、右侧中央后回;与病程呈负相关的脑区为右侧楔前叶、右侧角回、中央旁小叶。 结论　局部一致性分析方法可以有效地反映癫痫患者异常的神经功能变化,有助于发现强直发作性癫痫发生的病理生理机制。     

fMRI颞叶癫痫默认模式网络的研究

许多功能磁共振研究已经发现人脑的一些皮层区域在静息状态下出现共激活,这些区域形成连通的功能网络,称为"默认模式网络".本文研究颞叶癫痫患者的默认模式网络,运用独立成分分析(Independent component analysis)分离出12例颞叶癫痫患者和12例正常对照的默认模式网络,进行组内分析得到两组被试的统计图,进行组间分析比较两组被试的默认模式网络的差异.结果 表明默认模式网络均存在于颞叶癫痫患者和正常对照中,然而,在默认模式包含的网络中,颞叶癫痫患者前扣带回腹侧(ventral anterior cingulated cortex,vACC)、前额中分(medial prefrontal cortex,MPFC)、楔前叶(precuneus)、以及海马旁回区域比正常对照表现出代谢增强.这一结果有助于从脑功能的角度了解癫痫患者某些临床症状的发病机理,为今后癫痫诊治的发展提供一定的帮助.     

颞叶癫痫患者语言相关功能区的fMRI研究

目的：通过功能磁共振成像（fMRI）检查,了解颞叶癫痫（TLE）患者语言相关功能区的分布,初步探讨影响其不典型分布的因素,评价fMRI对癫痫患者进行无创语言功能定位检查的临床可操作性。方法：健康对照组和成人发病的左、右一侧性TLE患者组各6例,均为右利手。所有受试者进行动词产生任务fMRI检查,以按键记录受试者的反应。使用统计参数图2（statisticalparametricmap-ping2,SPM2）对fMRI的图像进行个体和组分析。结果：所有受试者顺利完成任务,fMRI的结果显示左侧组较对照组有明显差异,语言激活出现不典型化表现,优势侧有向右侧转移的趋势,其偏侧化指数（1ateralityindex,LI）与病程呈相对的负相关。结论：左侧TLE患者的语言功能区出现不典型分布,偏侧化程度可能与病程有关。fMRI检查评价语言功能相关区结果基本可靠,受试者耐受性好,具有一定的临床可操作性。     

特发性全面性癫痫患者大脑结构异常改变的MRI研究

目的 基于深度学习脑龄预测方法和FreeSurfer图像分析软件,探讨特发性全面性癫痫（IGE）患者大脑形态结构的异常改变。方法 回顾性病例对照研究。纳入2020年1月—2021年12月山东省立医院及寿光市人民医院神经内科确诊的144例IGE患者。其中男84例、女60例,年龄10~70岁。基于公共脑成像数据库（人类连接组项目、中国人类连接组项目）建立正常人脑T₁加权像（T₁WI）MRI训练深度学习脑龄预测模型,并输入脑皮质及脑白质脑图。将IGE患者T₁WI MRI输入脑龄预测模型,获取预测脑龄。将27例未经治疗的早期IGE患者设为观察组,男18例、女9例,年龄（16.1±3.2）岁;招募与观察组年龄、性别匹配的29名健康志愿者作为对照组,男19例、女10例,年龄（16.4±4.5）岁,均行MR检查。观察项目：（1）比较IGE患者不同年龄段（10~20岁、>20~30岁、>30~40岁、>40~50岁、>50~60岁、>60~70岁）大脑的预测年龄与实际年龄的差异。（2）利用FreeSurfer软件,分析和比较观察组与对照组大脑皮质体积、厚度和表面积,以及局部形态的差异。结果 （1）IGE患者的不同年龄段中,除>30~40岁外（t=-1.58,P=0.138）,脑龄预测值均大于实际年龄,差异均有统计学意义（P值均<0.05）。（2）观察组与对照组的年龄、性别、教育程度等基线资料差异均无统计学意义（P值均>0.05）。与对照组比较,观察组大脑左、右半球皮质厚度略变薄,差异有统计学意义（t=3.91、3.40,P值均<0.01）;2组大脑半球皮质体积、表面积无明显变化,差异均无统计学意义（P值均>0.05）。与对照组相比,观察组脑区中右侧眶额皮质体积增大,无脑区皮质体积减小;右侧中央后回、左侧中央沟附近中央后回、右侧舌回后部分、左侧舌回及楔叶的皮质厚度均增加,右侧中央前回、双侧额上回（背侧）、右侧内嗅皮质的皮质厚度均减小;右侧海马旁回的皮质表面积增大,无脑区的皮质表面积减小。观察组左、右侧苍白球及右侧丘脑体积较对照组缩小,差异均有统计学意义（t=4.01、4.23、2.12,P值均<0.05）。2组左侧丘脑及双侧尾状核、壳核、海马及杏仁核体积比较,差异均无统计学意义（P值均>0.05）。结论 IGE患者在多个年龄段其脑结构都会发生异常改变。早期IGE患者的大脑皮质及皮质下核团仅发生细微结构的异常改变。     

基于局部一致性(ReHo)方法的慢性吸烟静息状态功能磁共振(fMRI)研究

目的:探讨慢性吸烟者静息状态下的脑功能活动情况。方法:采用局部一致性(ReHo)方法,对44名慢性吸烟者和44名与之相匹配的不吸烟的健康志愿者在静息状态下脑功能活动情况进行比较分析。结果:与不吸烟者相比,慢性吸烟者静息状态右侧额下回BOLD信号ReHo降低,左侧顶上回BOLD信号ReHo增强(P<0.05,纠正后,cluster水平)。结论:研究结果提示慢性吸烟会导致额叶和顶叶脑区功能活动的改变。     

初发颞叶癫痫患者的静息态功能磁共振ReHo研究

癫痫是一种常见的神经内科疾病,伴有沉重的经济负担和社会资源的消耗。颞叶癫痫(TLE)是其中的重要类型。本研究采用局部区域一致性(ReHo)分析方法来探索初发TLE患者的脑部功能变化,发现TLE患者相较于正常对照区域一致性值升高的区域位于左侧岛叶,右侧扣带回;而健康对照区域一致性值高于患者的区域位于右侧壳核。但这些区域一致性值改变与抑郁量表得分无相关性。结果提示与癫痫症状相关的脑区在初发患者静息状态下已经出现了改变,并提示了皮层-丘脑-纹状体环路的改变。本次实验为初步探索初发TLE患者的病理生理学机制提供证据。     

全面性棘慢复合波相关神经网络的EEG-fMRI研究

全面性癫痫的脑电图(EEG)呈全面性棘慢复合波放电(GSWDs),近来研究表明GSWDs并非"全面地"累及整个大脑,而是与特异的神经网络相关。同步脑电图联合功能磁共振(EEG-fMRI)技术可无创、高时空分辨率地了解痫性电活动时各脑区的代谢功能变化。EEG-fMRI研究已发现丘脑-基底节-皮质网络在GSWDs的产生与维持中起重要作用。与GSWDs相关的功能磁共振(fMRI)信号变化规律:前额叶、额顶叶、后扣带回、楔前叶出现相似的负激活(deactivation)信号,丘脑出现较为一致的激活(activation)信号,基底节出现负激活信号。进一步研究发现,fMRI信号随GSWDs出现的时程动态变化,皮质神经元活动可能先于丘脑出现,但不同EEG-fMRI研究的皮质激活部位存在个体化表现,散在地分布于额叶、顶叶等皮质区域。进一步发展更加复杂的分析方法揭示fMRI信号的时程变化规律,研究GSWDs产生的起始、传导和维持涉及的神经网络,揭示全面性癫痫的行为表现、药物治疗反应与神经网络的关系是未来EEG-fMRI研究的方向。     

精神分裂症患者异常脑网络的fMRI研究

目的:比较正常组和精神分裂症患者组执行工作记忆任务时的脑激活差别,探讨精神分裂症患者执行功能障碍的脑机制.方法:对16例正常对照和16例精神分裂症患者进行数字3-back工作记忆任务的fMRI检查和数据分析处理.结果:患者组出现两个激活方向相反的脑区网络,与正常组相比激活降低脑区为双侧DLPFC、VLPFC、LPMA、PPC、PFC嘴侧部和额极及左侧SMA;激活增加脑区为MPFC、双侧颞叶和双侧扣带回.结论:精神分裂症患者执行功能损害有相应的病理生理学基础,是多个脑区功能受损、脑网络连接障碍而非单一脑区受损,前额叶与海马/颞叶-边缘皮层间功能连接破坏可能是其中的一个原因.     

原发全面强直阵挛癫痫患者皮层-纹状体-丘脑-小脑网络的静息态功能MRI的对照研究

目的 探讨应用静息态功能MRI网络技术描绘原发全面强直阵挛癫痫 (IGE-GTCS)患者皮层-纹状体-丘脑-小脑网络的模式。方法 前瞻性纳入2009年7月—2016年10月IGE-GTCS患者60例为IGE-GTCS组,同时纳入与IGE-GTCS组患者年龄、性别相匹配的健康志愿者60名为正常对照组。两组受试者于3 T超导MR仪下行静息态功能MRI数据收集,采用北京师范大学脑影像处理分析软件DPARSF 4.4完成预处理。采用皮层分区模板,将整个大脑分成额叶皮层、运动皮层、感觉皮层、顶枕皮层、颞叶皮层5个感兴趣区域(ROI),自动解剖标记模板定义丘脑、纹状体(包括尾状核、壳核、苍白球)和小脑的皮层下结构,构建皮层-皮层下核团-小脑网络。分别计算5个皮层区域与皮层下核团体素间的功能连接系数,获得系数图;并将得到的相关系数通过Fisher Z 转换,符合正态分布的功能连接系数图用于后续统计分析。使用SPM 12软件的两样本t检验,对IGE-GTCS组与正常对照组间皮层-皮层下核团-小脑功能连接的异常进行比较,应用高斯随机场理论(GRF)进行多重比较校正,体素校正水平取P＜0.01,团块校正水平取P＜0.05,双尾校正;并将IGE-GTCS患者功能连接改变的区域与临床病程进行Pearson相关分析。结果 因头动过大, IGE-GTCS组排除5例,最终纳入55例,男35例、女20例,年龄(25.11±6.0)岁,病程(11.3±6.6)年;正常对照组共60名,其中男37名、女23名,年龄(26.38±6.5)岁。两组受试者年龄、性别差异均无统计学意义(t=1.086、χ²=0.048, P值均＞0.05)。相比于正常对照组,IGE-GTCS组功能连接结果差异均有统计学意义(GRF校正,体素水平P值均＜0.01、团块水平P值均＜0.05):(1)额叶皮层,与双侧小脑脚2区(左右半球体素分别为115、182, t值分别为-5.57、-3.82)、右侧苍白球(体素=28, t=-7.42)连接降低,与双侧丘脑(左右半球体素分别为121、134, t值分别为10.48、9.16)、尾状核(左右半球体素分别为206、199, t值分别为13.40、11.59)、壳核(左右半球体素分别为178、219, t值分别为7.29、8.79)及小脑4、5区(左右半球体素分别为55、45, t值分别为2.63、2.74)连接增加。(2)运动皮层,与左侧小脑脚1区(体素=98, t=-3.10)、双侧苍白球(左右半球体素分别为26、31, t值分别为-7.05、-6.86)连接降低,与丘脑(左右半球体素分别为137、145, t值分别为11.06、9.77)、尾状核(左右半球体素分别为202、197, t值分别为12.88、11.79)、壳核(左右半球体素分别为104、120, t值分别为7.54、10.71)、小脑4、5区(左右半球体素分别为64、43, t值分别为4.62、5.13)及小脑脚2区(左右半球体素分别为85、85, t值分别为4.23、4.23)连接增加。(3)感觉皮层,与左侧小脑脚1区(体素=103, t=-3.87)连接降低,小脑4、5区(左右半球体素分别为72、63, t值分别为4.58、5.96)、双侧小脑脚2区(左右半球体素分别为173、173, t值分别为4.22、4.22)、丘脑(左右半球体素分别为143、151, t值分别为10.41、7.91)、尾状核(左右半球体素分别为198、195, t值分别为10.30、8.82)、壳核(左右半球体素分别为105、110, t值分别为6.38、8.06)、苍白球(左右半球体素分别为8、9, t分别为4.95、4.31)连接增加。(4)顶枕皮层,与右侧苍白球(体素=23, t=-7.45)连接降低,与小脑4、5区(左右半球体素分别为32、28, t值分别为3.56、3.89)、左侧小脑脚2区(体素=15, t=4.56)、丘脑(左右半球体素分别为107、118, t值分别为10.57、10.62)、尾状核(左右半球体素分别为201、197, t值分别为7.52、8.43)及壳核(左右半球体素分别为112、164, t值分别为6.53、7.21)连接增加。(5)颞叶皮层,与右侧小脑4、5区(体素=29, t=6.35)、双侧小脑脚2区(左右半球体素分别为58、128, t值分别为4.66、2.77)、丘脑(左右半球体素分别为128、136, t值分别为10.32、10.48)、尾状核(左右半球体素分别为207、203, t值分别为10.88、10.31)及壳核(左右半球体素分别为134、157, t值分别为7.39、6.75)连接均增加。额叶皮层-左侧小脑8区、运动皮层-左侧小脑8区、感觉皮层-小脑蚓部6区、顶枕皮层-左侧小脑8区、颞叶皮层-右侧小脑脚2区功能连接与病程相关系数分别为-0.385、-0.455、-0.362、-0.332、-0.544,差异均有统计学意义(P值均＜0.01)。结论 IGE-GTCS存在广泛的皮层-纹状体-丘脑-小脑网络功能连接的异常,表现为特异核团的功能连接的增高与降低,部分功能连接的改变与病程呈负相关。     

Distribution of Spatial Complexity of EEG in Idiopathic Generalized Epilepsy and Its Change After Chronic Valproate Therapy

The objective of this study was to investigate the global and regional spatial synchrony of the EEG background activity, and to assess the effect of chronic valproate therapy on spatial synchrony. 15 idiopathic generalized epilepsy (IGE) patients were examined and compared to 16 normal controls. Resting EEG with 19 channels was investigated before and during chronic administration of valproate (VPA). Omega, a single-valued measure of spatial covariance complexity, was calculated to assess the degree of spatial synchrony of EEG. Furthermore, a new parameter was defined to characterize the distribution of spatial synchrony (Antero-Posterior Complexity Ratio, APCR). Global Omega complexity was significantly lower in IGE compared to controls, while regional complexity showed significant differences only in the anterior region: the IGE group showed lower complexity. APCR was significantly lower in IGE. VPA therapy (1) lowered the global complexity, (2) increased regional complexity in the anterior region, but decreased it in the posterior region, and (3) increased APCR. In IGE lower complexity, i.e. enhanced spatial synchrony, was found, especially in the anterior cortical area. VPA modified the distribution of spatial synchrony in IGE patients towards that of normal controls, although the effect is not identical with full normalization of cortical bioelectric activity. Whether the observed change of spatial synchrony distribution may reflect the normalizing effect of valproate on the brain state is worth further investigation.     

基于fMRI数据的静息脑功能连接

目的:应用功能磁共振成像数据,对静息状态下大脑视觉系统功能连接模式[1]进行考证,并对不同状态下人脑视觉功能连接网络的变化[2,3]情况进行了研究。方法:基于脑区局部同一性[4],测量出一给定体素的时间序列与全脑其他体素时间序列的相似性。我们分别采集了视觉任务和静止两种状态下的功能磁共振成像数据,先是用K-均值的聚类方法[5,6]对视觉任务状态下的功能磁共振成像数据进行分析,做出分类图。然后通过分类图找到感兴趣种子区,平均种子区中各个体素的时间响应曲线,利用这个时间序列曲线与全脑体素作互相关分析[7],得出视觉任务下的全脑功能连接图,再把同样的感兴趣种子区域定位到静息状态下的脑区中用种子相关分析方法,作出静息状态下全脑视觉系统功能连接的网络模式及分布规律。结果:分别得到了视觉任务状态下和静息状态下以相同种子区为中心的功能连接网络图。结论:无论是在静息状态还是在任务状态下,大脑视觉系统各脑区之间的确存在密切的功能连接,而且状态不同所得到的视觉功能连接网络也不相同。     

Quantitative dynamic contrast-enhanced MRI for mouse models using automatic detection of the arterial input function

Dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) is widely accepted for the evaluation of cancer. DCE-MRI, a noninvasive measurement of microvessel permeability, blood volume and blood flow, is extremely useful for understanding disease mechanisms and monitoring therapeutic responses in preclinical research. For the accurate quantification of pharmacokinetic parameters using DCE-MRI, determination of the arterial input function (AIF) from a large arterial vessel near the tumor is required. However, a manual determination of AIF in mouse MR images is often difficult because of the small spatial dimensions or the location of the tumor. In this study, we propose an algorithm for the automatic detection of AIF from mouse DCE-MR images using Kendall's coefficient of concordance. The proposed method was tested with computer simulations and then applied to tumor-bearing mice (n = 8). Results from computer simulations showed that the proposed algorithm is capable of categorizing simulated AIF signals according to their noise levels. We found that the resulting pharmacokinetic parameters computed from our method were comparable with those from the manual determination of AIF, with acceptable differences in K(trans) (5.14 ± 3.60%), v(e) (6.02 ± 3.22%), v(p) (5.10 ± 7.05%) and k(ep) (5.38 ± 4.72%). The results of the current study suggest the usefulness of an automatically defined AIF using Kendall's coefficient of concordance for quantitative DCE-MRI in mouse models for cancer evaluation.     

基于低频振幅的吸烟成瘾者戒烟2周后脑功能活动变化的研究

探讨吸烟成瘾者戒烟前后的脑功能活动差异,使用3.0T磁共振扫描仪采集14名吸烟成瘾者戒烟前和戒烟后的静息态MRI数据,采用低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF)的方法来比较分析吸烟成瘾者在戒烟前和戒烟两周后的脑功能活动情况.与戒烟前相比,吸烟成瘾者戒烟两周后静息状态下的右侧楔前叶、右侧后扣带回、左侧缘上回、左侧背外侧额上回和左侧额中回的ALFF活动降低;双侧距状裂周围皮层、双侧楔叶、左侧中央后回和左侧中央旁小叶的ALFF活动增加.研究结果表明:吸烟成瘾者在戒烟两周后额叶、边缘叶、顶叶和枕叶脑区的脑功能活动发生了改变,提示ALFF可作为监测或评价戒烟效果的潜在生理指标.     

Alzheimer型痴呆临床量表检查与MRI边缘系统体积测量的相关研究

目的：探讨Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ型痴呆海马结构、杏仁核、侧脑室颞角等ＭＲＩ体积与临床量表检查的相关性。方法：使用Ｓｉｅｍｅｎｓ１．５Ｔ超导ＭＲＩ扫描机,对２７例临床诊断Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ型痴呆病人的左右侧海马结构、杏仁核、侧脑室颞角等体积进行定量测量,同时对病人进行临床常用量表的检查。结果：ＭＭＳＥ和ＭＷＳ与杏仁核、海马旁回总体积和侧脑室颞角体积有高度相关性。结论：脑结构测量与脑功能测量有一定的相关。     

Brain excitability and connectivity of neuronal assemblies in Alzheimer's disease: From animal models to human findings

The human brain contains about 100 billion neurons forming an intricate network of innumerable connections, which continuously adapt and rewire themselves following inputs from external and internal environments as well as the physiological synaptic, dendritic and axonal sculpture during brain maturation and throughout the life span.