基于rs-fMRI的脑默认模式网络研究进展

【摘要】默认模式网络（DMN）是目前已知人脑静息态（即非执行任务时）起主要作用的脑区集合。先前的研究证实了DMN是一组由空间分离但功能连接密切相关的脑区组成。这也是随着静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）技术的发展，对人脑复杂网络研究的重要突破。目前，基于rs-fMRI的DMN研究在多个领域已达到一定的深度及广度。此外，传统中医针灸在DMN的研究中特色鲜明，体现了针灸神经影像交叉学科的独特性。本文对目前rs-fMRI技术在DMN的研究进展进行综述，旨在为神经影像学领域脑网络功能的研究提供借鉴。     

亚急性期脑桥梗死脑默认网络的静息态fMRI研究

目的 探讨亚急性期脑桥梗死后脑默认网络(DMN)连接是否异常及可能的代偿机制.方法 23例亚急性脑桥梗死患者与23例年龄、受教育程度相匹配的健康受试者参加了本研究.在Philips Achieva 3.0T MRI上采集所有被试者静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据.以后扣带回(PCC)为种子点,分别提取脑桥梗死组与对照组的DMN,分析相关脑区的功能连接(FC)情况.组间采用双样本t检验进行统计学分析.结果 与正常组相比,亚急性期脑桥梗死组FC增强的脑区包括:右侧中央后回、左侧内侧前额叶和左侧楔叶;FC减弱的脑区包括:双侧岛叶、左侧小脑后叶、右侧海马旁回、左侧枕下回.结论 亚急性期脑桥梗死患者的 DMN存在异常,FC的变化提示相关脑区皮质功能重组或代偿.     

惊恐障碍患者默认网络的改变

目的:从脑网络的角度,研究惊恐障碍患者默认模式网络的变化,为探讨惊恐障碍的神经生物学机制提供可能的理论信息。方法:被试者包括20名首发、未用药的惊恐障碍患者(PD组)和19名健康对照者(HC组)。其中,惊恐障碍患者来自复旦大学附属华山医院心理咨询门诊和上海交通大学医学院附属瑞金医院临床心理科门诊,健康对照者来自华山医院体检中心。所有被试者完成一般人口学资料收集和焦虑评估后,进行功能磁共振扫描获取静息态磁共振数据。一般人口学资料及情绪量表数据采用SPSS 16.0软件进行统计学分析,f MRI数据使用SPM8软件进行分析。结果:全部患者组和对照组被试者均完成一般人口学资料采集和情绪量表评估。由于头动,患者组3例和对照组2例的功能磁共振数据被剔除。两组被试者的年龄、受教育年限及性别构成比差异,均未见统计学意义(P>0.05);与HC组相比,PD组患者的焦虑量表和抑郁量表的评分明显高于HC组(t=29.95,P=0.000;t=9.037,P=0.000)。静息态功能磁共振结果显示,与HC组相比,PD组患者默认模式网络中的前扣带回(ACC)与左侧楔前叶、左侧角回和左内侧额叶后部皮质之间的功能连接增高,ACC与左侧眶中回的功能连接减弱。结论:惊恐障碍改变了默认模式网络(DMN)的功能连接,可能因此促进惊恐障碍患者恐惧环路的形成。     

皮质下血管性认知功能障碍的脑默认网络静息态功能磁共振研究

目的运用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究皮质下缺血性血管性认知功能障碍(VCI-SIVD)患者在静息状态下的脑默认网络(DMN)。方法收集缺血性脑小血管疾病患者68例,经临床痴呆量表评分后分为血管性痴呆组(VaD组)12例,非痴呆型血管性认知功能障碍组(VCIND组)21例,认知功能正常者35例为对照组,分别采集高分辨率结构像和静息态功能磁共振数据,通过独立成分分析方法(ICA)计算并对比3组患者脑功能活动的改变。采用两样本t检验分别对VCIND组与正常对照组、VaD组与VCIND组、VaD组与正常对照组DMN的功能连接进行组间比较,观察静息状态下脑默认网络的改变情况,并分析VaD患者DMN默认网络与认知功能间的相关性。结果与正常对照组相比,VCIND组患者默认网络脑区的功能连接既有增高也有降低,增高的脑区包括双侧顶叶及颞中回,降低的脑区包括眶额叶、内侧前额叶、前扣带回及双侧枕叶;VaD组患者出现双侧小脑的功能连接增强,VaD组眶额叶、额中回、额下回、双侧枕叶及双侧颞叶的功能连接减低;VaD患者DMN统计脑图与数字连线A、数字符号转换、MOCA等多个临床量表评分存在显著相关性,差异有统计学意义(P0.05)。结论在静息状态下,血管性认知功能障碍患者的大脑默认模式网络存在异常,并存在以执行功能障碍为主的多个领域的认知功能损害,其认知功能障碍可能与额叶-皮质下环路受损有关。独立成分分析在评价血管性认知功能障碍及其早期诊断中有重要价值。     

复发缓解型多发性硬化患者默认网络亚区成本整合初探

目的 采用图论衍生的成本整合(CI)分析对复发缓解型多发性硬化(RRMS)患者默认网络(DMN)亚区间(内)相互关系进行研究.方法 采集24例处于缓解期的RRMS患者及相同数量健康对照组静息态功能磁共振(R-fMRI)和高分辨率T1WI数据.R-fMRI数据处理助手(DPARSFA)基于Matlab2012a平台进行数据预处理,提取DMN核心和双侧亚系统区20个感兴趣区信号,Pearson相关计算功能连接系数为边,计算并比较两组维持网络不碎裂条件下,DMN亚区间(内)的CI值的改变,及与临床参数如临床扩展残疾量表(EDSS)、同步听觉连续加法测验评分(PASAT)、脑实质分数(BPF)、T2WI可见病灶体积和病程的相关性.结果 最小网络密度(Dmin)条件下,RRMS患者DMN功能网络左侧颞中叶(MTL)亚系统区成本整合(0.80 vs.0.30)较对照组显著增高(P =0.006),且和BPF之间呈负相关(r=-0.414,P=0.045).结论 处于缓解期的RRMS患者,存在和脑萎缩相关的DMN亚区成本整合增高改变.该方法为理解疾病状态下的功能整合机制提供了新的视角.     

常规MRI阴性颞叶癫痫默认模式网络的fMRI研究

目的 利用静息态fMRI独立成分分析方法,探讨MRI阴性颞叶癫痫(TLE)患者默认模式网络(DMN)功能连接的改变,以提高其发病机制、病理生理的认识。方法 选取左侧MRI阴性TLE患者16例(阴性TLE组)、左侧内侧颞叶癫痫(MTLE)伴海马硬化(HS)患者26例(MTLE+HS组)、健康对照者24例(HC组)。对所有被试者采集一般资料及认知功能评估。对DMN脑区分析,并提取差异脑区功能连接值。并对三组一般临床资料、认知功能评估及功能连接值进行比较。结果 三组年龄、性别、教育年限及病程差异无统计学意义(P>0.05),三组蒙特利尔认知量表(MoCA)得分差异有统计学意义,MRI阴性TLE组和MTLE+HS组MoCA量表得分均低于HC组,MRI阴性TLE组与MTLE+HS组的MoCA量表得分差异无统计学意义。与HC组比较,MRI阴性TLE组和MTLE+HS组均在双侧楔前叶/后扣带回区域的功能连接减低;MRI阴性TLE组较MTLE+HS组在双侧楔前叶/后扣带回的功能连接减低体素减少。在左侧内侧前额叶和前扣带回的连接性减低,MRI阴性TLE组和MTLE+HS组较HC组在内侧前额叶功能连...     

基于ICA-fMRI的首发未用药强迫症患者的静息态脑网络研究

【摘要】目的：分析首发未用药强迫症患者静息态脑网络的特点及差异,探讨首发未用药强迫症患者的静息态脑功能状态。方法：对24例首发强迫症患者（强迫症组）及24例年龄、性别、受教育年限相匹配的健康志愿者（对照组）采用3.0T磁共振扫描仪行静息态脑功能磁共振成像（fMRI）检查,采用独立成分分析（ICA）法分离静息态脑网络成分并进行统计学分析,首先采用单样本t检验制作网络成分模板,再采用双样本t检验进行组间不同功能网络内异常脑区的比较;采用耶鲁-布朗强迫量表（Y-BOCS）、24项汉密尔顿抑郁量表（HAMD-24）、汉密尔顿焦虑量表（HAMA）等评估临床症状。结果：通过首发强迫症患者与正常对照组数据分析获得10个静息态脑网络模板,分别为前默认网络、后默认网络、背侧注意网络、突显网络、左额顶网络、右额顶网络、内侧视觉网络、外侧视觉网络、枕极视觉网络、听觉网络。静息态脑网络内功能连接分析结果显示后默认网络中双侧楔叶功能连接增强（T=3.822,P＜0.05）,右额顶网络中右侧顶下小叶功能连接增强（T=5.291,P＜0.05）,外侧视觉网络中右侧枕中回功能连接增强（T=4.614,P＜0.05）。右侧额顶网络的右侧顶下小叶功能连接值与Y-BOCS总分呈负相关（r=-0.470,P＜0.05）。结论：首发强迫症患者较健康志愿者存在多个静息态脑网络异常,主要表现为功能连接的增强;强迫症患者可能存在一定的认知功能代偿。     

慢性腰痛推拿治疗前后默认脑网络功能连接变化研究

目的:探讨慢性腰痛患者推拿治疗前、治疗后静息态下默认脑网络的功能连接变化。方法:收集20例慢性腰痛患者和20名健康对照者的静息态功能磁共振(MRI)数据。采用SPM8软件对脑功能数据进行预处理,并以后扣带回为种子点,分析默认脑网络(DMN)功能连接,比较慢性腰痛组与健康对照组、慢性腰痛组推拿治疗前后DMN功能连接的差异。结果:慢性腰痛人群存在DMN与左侧颞下回、左侧小脑前叶、左恻枕中回、左侧背外恻额上回功能连接异常。推拿治疗后主要变化表现为DMN与左恻背外侧额上回连接恢复,DMN与左侧内侧额上回、后扣带皮质连接增强,DMN与左侧楔前叶、左侧回直肌、中脑功能连接降低。结论:静息状态下腰痛受试者DMN存在特定脑功能异常连接区域,推拿治疗主要影响了慢性腰痛人群的感觉、情绪和认知水平的区域。     

强制戒断的海洛因成瘾者默认功能网络fMRI研究

目的 探讨强制戒断的海洛因成瘾者默认功能网络的异常.方法 15例经强制戒断的海洛因成瘾者与15例年龄、受教育程度相匹配的健康受试者参加本研究.采用3.0 T磁共振扫描仪进行静息态fMRI数据采集.用SPM8及GIFT软件分别进行数据预处理和独立成分分析以得到默认功能网络.用SPM8比较2组间默认功能网络差异.结果 与健康受试者相比,海洛因成瘾者默认功能网络与抑制性控制相关脑区(双侧前扣带回、内侧前额叶),动机驱动相关脑区(右侧眶额回)以及左侧颞下回及小脑的功能连接度明显下降.未发现与海洛因成瘾者默认功能网络功能连接增强的区域.结论 经过长期强制戒断的海洛因成瘾者大脑默认功能网络仍存在异常.抑制性控制及动机驱动相关脑区受损可能是海洛因成瘾者难以戒断的原因.     

首发抑郁症患者静息态默认网络功能连接的MRI研究

目的 探讨抑郁症(major depressive disorder,MDD)患者的静息态默认网络(default mode network,DMN)功能连接变化.方法 对17例首次发作的MDD患者和30例年龄、性别和受教育程度相匹配的健康对照者进行静息态功能磁共振扫描.以后扣带回(posterior cingulat...     

TIPS术后脑默认网络的静息态功能磁共振成像研究

目的：运用静息态功能磁共振成像（rs—fMRI）研究经颈静脉肝内门体分流术（TIPS）对肝硬化患者脑默认网络（DMN）的影响。方法：10例拟行TIPS治疗的肝硬化患者（患者组）和10例正常对照者（对照组）纳入本研究。10例正常对照者及10例患者术前、术后（平均8天）均行rs-fMRI。利用独立成分分析方法分离得到各受试者的默认网络脑区,采用单样本t检验对患者术前和对照组进行组内分析,观察各自的DMN空间分布模式;分别对患者TIPS术前与正常对照组、患者TIPS术后与术前的DMN功能连接进行组间比较,观察静息状态下脑默认网络的改变情况。结果：TIPS术前肝硬化患者和正常对照组均显示出典型的静息态脑默认网络空间分布模式。与正常对照组相比,TIPS术前肝硬化患者默认网络脑区功能连接既有降低也有增高,降低脑区包括左侧额中回背外侧、双侧顶下小叶及颞叶;增高的脑区主要位于双侧后扣带回、楔前叶及内侧前额叶。与TIPS术前相比,患者术后出现双侧楔前叶及角回功能连接增强,而后扣带回及内侧前额叶功能连接度减低。结论：静息状态下,TIPS术后早期肝硬化患者脑默认网络功能连接即出现改变,既有功能连接减低也有增强,提示TIPS对肝硬化患者脑默认网络既有功能损伤又有代偿机制。     

静息态fMRI在神经精神疾病中的研究进展

静息态功能MRI(rs-f MRI)是一种利用血氧水平依赖(BOLD)功能MRI来研究大脑静息状态下脑功能活动的方法。其能够反映静息态下脑功能的生理或病理状态,并且具有无辐射、影响因素少、操作简便易行等优势,对临床诊断和治疗效果评估具有重要价值。近年来,随着影像数据分析技术的快速发展,rs-f MRI已经成为大脑功能研究的有效工具,临床应用逐渐扩展。对rs-f MRI技术的基本原理、方法及其在神经精神疾病研究中的应用进行综述。     

静息态下耳鸣患者脑区域功能连接的BOLD-fMRI研究

目的 探讨静息态下耳鸣患者脑区域功能连接的变化.方法 45例耳鸣患者,分为右侧、左侧、双侧耳鸣3组,在静息态下,采用BOLD-fMRI序列对耳鸣患者及37名正常人进行扫描.结果 (1)耳鸣患者听觉系统部分区域功能连接异常,非听觉系统部分区域亦出现异常;(2)在听觉系统中,皮层下区域的神经元活动背离默认网络,而听觉皮层的神经元活动则主要有向默认网络靠近的趋势;(3)听觉网络中,异常的皮层下区域主要位于右侧,而异常的听觉皮层则位于左侧颞上回;(4)在双侧耳鸣患者组,右侧枕颞内侧回、右侧小脑山坡、额叶部分区域功能连接异常,这些区域在单侧耳鸣组并未发现.结论 静息状态下耳鸣患者听觉皮层的功能改变与皮层下结构的功能改变不同,听觉网络在功能上存在着优势通路,与耳鸣侧别无关,双侧耳鸣对患者相关脑区的影响与单侧耳鸣可能不同.静息态下大脑中枢神经系统特别是非听觉系统(如边缘系统、前额叶联合皮层)参与耳鸣.     

肾移植术后脑默认网络和认知功能变化的研究

目的:采用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究肾移植对终末期肾病患者脑默认网络(DMN)的影响.方法:21例拟行肾移植手术的终末期肾病患者(患者组)和22例健康志愿者(对照组)纳入本组研究.22例健康志愿者及21例患者术前、术后(平均38d,范围25～69d)均行rs-fMRI检查.利用独立成分分析方法分离得到各受试者的默认网络脑区,采用单样本t检验对患者术前和对照组进行组内分析,观察各自的DMN空间分布模式;分别对患者肾移植术前与正常对照组、紧移植后与术前DMN功能连接进行组间比较,观察静息状态下脑默认网络的改变情况.结果:肾移植术前患者组和正常对照组均显示出典型的脑默认网络空间分布模式.与正常对照组相比,肾移植术前患者组默认网络脑区功能连接既有降低也有增高,降低脑区包括双侧额上回、双侧海马旁回、右侧颞中回及颞上回;增高脑区主要位于双侧楔前叶、双侧顶下小叶及内侧前额叶.与肾移植术前相比,肾移植术后患者出现右侧颞中回、双侧内侧额上回及额上回功能连接的增强.结论:终末期肾病患者肾移植术后早期即出现脑默认网络功能连接的增强,提示肾移植可改善终末期肾病患者默认网络脑区的功能.     

MRI Study on the Functional and Spatial Consistency of Resting State-Related Independent Components of the Brain Network

Objective

Resting-state networks (RSNs), including the default mode network (DMN), have been considered as markers of brain status such as consciousness, developmental change, and treatment effects. The consistency of functional connectivity among RSNs has not been fully explored, especially among resting-state-related independent components (RSICs).

Materials and Methods

This resting-state fMRI study addressed the consistency of functional connectivity among RSICs as well as their spatial consistency between ''at day 1'' and ''after 4 weeks'' in 13 healthy volunteers.

Results

We found that most RSICs, especially the DMN, are reproducible across time, whereas some RSICs were variable in either their spatial characteristics or their functional connectivity. Relatively low spatial consistency was found in the basal ganglia, a parietal region of left frontoparietal network, and the supplementary motor area. The functional connectivity between two independent components, the bilateral angular/supramarginal gyri/intraparietal lobule and bilateral middle temporal/occipital gyri, was decreased across time regardless of the correlation analysis method employed, (Pearson''s or partial correlation).

Conclusion

RSICs showing variable consistency are different between spatial characteristics and functional connectivity. To understand the brain as a dynamic network, we recommend further investigation of both changes in the activation of specific regions and the modulation of functional connectivity in the brain network.     

帕金森静止性震颤脑局部一致性的功能磁共振研究

目的探讨静息状态下,帕金森静止性震颤患者的脑局部一致性。资料与方法在静息状态下,对9例左侧静止性震颤的帕金森病患者进行功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI),分析其脑部局部一致性,并与健康对照组比较。结果与健康对照组相比,单侧静止性震颤的帕金森病患者表现为对侧的楔前叶、额下回、额中回、顶上小叶及同侧前扣带回等区域的局部一致性增强;小脑蚓部的局部一致性减弱。结论静息状态下,帕金森病静止性震颤患者的脑部局部一致性异常,为该病的研究提供了新依据。     

Abnormal default-mode network activation in cirrhotic patients: a functional magnetic resonance imaging study

Background: Recently, increasing numbers of studies have demonstrated that, in humans, a default-mode functional network exists in the resting state. Abnormal default-mode network in various diseases has been reported; however, no report concerning hepatic cirrhosis has been published to date.

Purpose: To prospectively explore whether the resting-state network in patients with hepatic cirrhosis is abnormal or not, using functional magnetic resonance imaging (fMRI).

Material and Methods: 14 patients with hepatic cirrhosis (12 male, two female; 45±9 years) and 14 age- and gender-matched healthy volunteers (12 male, two female; 42±10 years) participated in a blocked-design fMRI study. A modified Stroop task with Chinese characters was used as the target stimulus. Statistical Parametric Mapping 99 software was employed to process the functional data. Individual maps and group data were generated for patients with hepatic cirrhosis and for healthy controls, respectively. Intergroup analysis between patients and healthy controls was also generated using the two-sample t-test model. Cluster analyses were done based on the group data, and an identical P value ≤0.01 with continuously connected voxels of no less than 10 was defined as significant deactivation. After fMRI scanning was complete, behavioral Stroop interference tests were performed on all subjects; reaction time and error number were recorded.

Results: Functionally, deactivation of the posterior cingulate cortex (PCC) and precuneus was absent when subjects performed the incongruous word-reading task; deactivation of the PCC, precuneus, and ventral medial prefrontal cortex was increased when they performed the incongruous color-naming task.

Conclusion: The functional as well as behavioral data suggest that cirrhotic patients may have an abnormal deactivation mode. The absence of deactivation in the PCC and precuneus may be a sensitive rather than specific marker in patients with hepatic cirrhosis.     

The effects of knee osteoarthritis on neural activity during a motor task: A scoping systematic review

ObjectiveTo examine the evidence of neural activation with functional magnetic resonance imaging (fMRI), corticospinal excitability, and other central nervous system measurement differences during motor tasks between those with and without knee osteoarthritis (KOA).MethodsA scoping review strategy was systematically performed. We searched PubMed, CINAHL, Embase, PsychInfo, SportDiscus, SCOPUS and Web of Science from database inception to April 2021. Any study investigating central nervous system measures during a motor task for individuals with KOA with or without a healthy control group for comparison was included. Two reviewers independently screened all studies in accordance with the Preferred Reported Items for Systematic Reviews and Meta-analyses extension for scoping reviews.ResultsThirteen studies met the inclusion criteria. KOA had reduced activation of the premotor cortex during a gait imagery task when examining the brain using fMRI. This hypoactivation was not significant when the task was combined with ankle movement. Individuals with KOA had decreased motor cortex activation during a force matching motor task. KOA was associated with gamma loop dysfunction of the quadriceps and increased responsiveness of the triceps surae muscles. Also, there was an increased soleus Hoffmann reflex during heel strike of gait cycle. The flexor withdrawal reflex was heighted for individuals with KOA with a lower threshold of the reflex occurring with increased joint compression, but this reflex was modulated with joint mobilizations.ConclusionIndividuals with KOA have motor deficits associated with decreased neural activation, central nervous system sensitization, decreased quadriceps muscle spindle responsiveness, and increased triceps surae muscle activity.