癫痫患者默认网络的静息态功能磁共振成像研究

目的:分析癫痫患者静息态fMRI下默认网络及其潜在结构的变化.方法:对15名临床诊断为原发全身强直痉挛癫痫患者和20名正常志愿者静息态时的fMRI数据进行独立成分分析,依据空间最佳匹配原则挑选独立成分,研究正常被试和癫痫患者的默认网络差异,并选定默认网络中11个脑区构建功能连接网络,运用图论和聚类方法探讨其潜在结构的改变.结果:与正常对照组相比,患者组默认网络的脑区激活普遍下降,功能连接网络发生明显变化,且整个网络呈现出混乱的层次化结构.结论:静息态下癫痫患者的默认网络及潜在的层次化结构发生异常.     

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。     

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.     

基于独立成分分析和时间相关分析的脑功能连通研究方法[英文]

目的:利用静息状态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术,提出联合独立成分分析(independent component analysis,ICA)和时间相关分析的人脑功能连通性研究方法。方法:首先采用空间ICA定位任务激活的脑区;然后选择一个激活区作为感兴趣区域(region of interest,ROI),采用时间相关分析方法检测静息状态大脑特定皮层的功能连通性,并通过检测人脑运动皮层的功能连通性验证方法的有效性。结果:大脑运动皮层功能连通网络包括初级运动区、辅助运动区、初级感觉皮层、背侧前运动区和后顶骨体觉区。实验结果表明,静息状态下,时间相关分析检测到的运动皮层的功能连通网络与已知的解剖连通相一致。结论:利用静息fMRI,结合空间ICA和时间相关分析方法,检测了静息时人脑运动皮层的功能连通网络,为脑区间功能连通的研究提供了一种简便的、无损的、有效的研究方法。     

默认模式网络在精神疾病诊断中的研究进展

脑影像技术的发展为探究精神类疾病的发病成因及治疗方案提供了更多途径。默认模式网络（DMN）是大脑静息状态下的主要工作模式。本研究综述近期精神疾病的DMN研究进展,明确了DMN的结构,总结主流的磁共振数据预处理工具箱以及与DMN相关的功能连接计算方法,进而分析利用DMN功能连接研究各类精神疾病的结果。最后提出现有研究中的结果与不足,并展望未来可能的研究方向。     

基于功能磁共振的人脑视觉皮层V5区功能连通网络变化的研究

利用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,f MRI)技术,将空间独立成分分析(spatial independent component analysis,sICA)和时间相关方法相结合研究不同活动状态下人脑视觉运动功能连通网络的变化特性。首先利用sICA处理组块视觉运动刺激的数据,定位V5区;然后分别计算静息和连续视觉运动刺激两种稳态下V5区与其它脑区低频振荡的时间相关,检测出该区的功能连通网络。实验结果表明,静息时V5区的功能连通网络更广泛,且与已知的解剖连通一致;当被试接受连续视觉运动刺激时,与V5区连通的脑区网络局限在视觉皮层,此时的网络特定于处理视觉运动这一任务。     

基于动态功能连接分析的青少年吸烟者大脑静息态默认模式网络

采集30名青少年吸烟者和相匹配的30名非吸烟者的静息态功能性磁共振成像数据。通过独立成分分析、滑动窗相关法和k-均值聚类分析探讨青少年吸烟者的默认模式网络的动态功能连接变化。同时,使用斯皮尔曼相关分析评估动态功能连接指标（时间分数、平均停留时间和转换次数）与吸烟统计学数据（烟龄、包年和FTND）的关系。结果显示,相比于非吸烟组,青少年吸烟者大脑的默认模式网络的功能连接性降低,进一步的相关性分析表明动态功能连接指标中的平均停留时间与烟龄呈显著性正相关。此项研究从动态功能网络连接的角度分析吸烟对青少年吸烟者默认模式网络的影响,可以为进一步探索青少年吸烟成瘾机制提供新的视角。     

首发未服药抑郁症静息态默认网络研究

目的:分析首发未治疗抑郁症患者静息态默认网络功能改变。方法:采用独立成分分析方法,对25例首发抑郁症患者与25名正常被试进行静息态功能磁共振数据处理,并依据空间最匹配原则对缺省模式网络的独立成分进行挑选,分析患者默认网络的改变。结果:与正常对照比较,抑郁症患者的默认网络呈现前部升高后部降低的模式:即背部额内侧回、腹部额内侧回和腹部前扣带回功能连接升高,楔前叶和后扣带回、角回功能连接减低。结论:静息态下抑郁症默认网络存在广泛的异常。     

大尺度脑网络交互支持内外部指向认知的研究进展

大量神经成像研究表明,人脑的高级认知功能不是由单个脑区负责的,而是通过多个与认知活动相关的脑区构成的特异性脑网络的协同活动实现。其中,额顶控制网络动态调控默认网络和背侧注意网络之间的信息交互,在高级认知加工中发挥重要作用。从几个方面综述这一领域的研究进展,包括默认网络、背侧注意网络和额顶控制网络的神经解剖,以及各个脑网络和网络间交互在内外部注意指向任务中的功能角色。未来研究需要对3个脑网络进行更精确的功能定义,进一步探索网络内部各个亚网络的功能角色,同时借助效应连接的手段,考察网络内部和网络间信息传递的方向性和动态性,从而更深入理解默认网络、背侧注意网络和额顶控制网络在内外部注意指向的认知活动中信息交互的神经机制。     

基于fNIRS的脑功能连接研究综述

脑功能连接是指脑皮质区域间在神经生理活动上的相互关联,在大脑功能分析中具有重要的地位和作用。功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种新兴的神经影像学工具在脑功能连接的研究领域中愈加受到重视。本文首先简要介绍了fNIRS应用于脑功能检测的基本原理,并结合f MRI从多角度分析了fNIRS应用在静息态脑功能连接研究中的优势与可行性,然后重点介绍了脑功能连接的两种主要分析方法——种子相关分析和基于图论的静息态复杂脑网络分析,最后讨论了基于fNIRS的脑功能连接在认知障碍及相关疾病研究中的应用,使读者对基于fNIRS的脑功能连接的基本理论、研究方法及发展现状有一个较为清晰全面的了解。     

海洛因成瘾者前额叶内侧皮质的静息状态功能连接

目的:探讨海洛因成瘾者脑默认网络静息状态功能连接的异常。方法:对正在接受美沙酮维持治疗的15例海洛因依赖者和15例健康对照进行静息状态脑功能磁共振扫描,以独立成分分析法获取每一个体的默认网络,并比较两组默认网络的功能连接差异。结果:与健康对照相比,海洛因成瘾者双侧前额叶内侧皮质、左侧颞中回和颞下回、小脑的功能连接升高。结论:前额叶内侧皮质可能是物质成瘾的关键脑区,可为成瘾的生物学诊断和靶向治疗提供线索。     

Functional connectivity in fronto-subcortical circuitry during the resting state in obsessive-compulsive disorder

Obsessions and compulsions mediated by cognitive inflexibility might be associated with abnormal resting state functional connectivity in the default mode network (DMN) that represents intrinsically generated neuronal activity. It was hypothesized that decreased functional connectivity in the DMN would occur in components of fronto-subcortical circuits in patients with obsessive-compulsive disorder (OCD). Twenty-two unmedicated OCD patients and 22 age- and sex-matched healthy controls received resting state functional scanning runs. The posterior cingulate cortex (PCC) region was chosen as the seed region for the connectivity analysis. Correlations between temporal connectivity with the seed region and scores on clinical measures and obsessive-compulsive symptom dimensions were also assessed. OCD patients demonstrated less functional connectivity within the DMN in the anterior cingulate cortex, middle frontal gyrus, and putamen compared to controls. The functional connectivity to the PCC seed region in OCD patients was in the direction opposite to that in the prefrontal areas with regard to scores on cleaning and obsessions/checking dimensions of OCD. These data provide evidence for fronto-subcortical dysfunction in OCD. Results from this study also support the notion that OCD is a heterogeneous disorder mediated by distinct circuits.     

Resting-state fMRI changes in Alzheimer's disease and mild cognitive impairment

Regional functional connectivity (FC) of 39 patients with Alzheimer's disease (AD), 23 patients with mild cognitive impairment (MCI), and 43 healthy elderly controls was studied using resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI). After a mean follow-up of 2.8 ± 1.9 years, 7 MCI patients converted to AD, while 14 patients remained cognitively stable. Resting-state functional magnetic resonance imaging scans were analyzed using independent component analysis (ICA), followed by a "dual-regression" technique to create and compare subject-specific maps of each independent spatiotemporal component, correcting for age, sex, and gray matter atrophy. AD patients displayed lower FC within the default-mode network (DMN) in the precuneus and posterior cingulate cortex compared with controls, independent of cortical atrophy. Regional FC values of MCI patients were numerically in between AD patients and controls, but only the difference between AD and stable MCI patients was statistically significant. Correlation with cognitive dysfunction demonstrated the clinical relevance of FC changes within the DMN. In conclusion, clinically relevant decreased FC within the DMN was observed in AD.     

Default mode network gates the retrieval of task-irrelevant incidental memories

Episodic memories can be retrieved by an intentional search for certain information. Alternatively, a past episode may enter our consciousness without any intention to retrieve it, prompted by a stimulus in our surroundings. Incidental retrieval does not occur upon each encounter with a familiar stimulus, suggesting that a gating mechanism exists which regulates incidental retrieval activity. We analyzed data from a functional magnetic resonance imaging study on incidental retrieval in healthy young adults and found that failure to incidentally retrieve was selectively associated with reduced activation of lateral and medial parietal regions as well as ventromedial frontal cortex, areas implicated in default mode network. This is the first demonstration that relative deactivation of the brain regions associated with the default mode gates the consciousness from currently irrelevant memories.     

基于DCM的减法运算脑功能效应连通性方法研究

动态因果模型(Dynamic causal modeling,DCM)是一种时空上可再生的网络模型,用来研究功能核磁共振中功能整合的因果关系,是效应连通性的分析方法,该方法是将实验设计中得到的激活区域时间序列加入到DCM模型中,实验任务的刺激响应作为对模型的扰动,利用DCM和贝叶斯估计计算出各神经元或者神经系统之间前后影响的因果关系,以及大范围的内在连接,然后利用贝叶斯因子对所设计各模型的参数做最优化选择,从中选择出符合生理的最佳模型。本文主要研究心算借位减法任务激活的左侧大脑区域,左侧顶上小叶、左侧顶下小叶和左侧额中回之间的效应连接,并得到符合生理意义的连接网络。     

Functional connectivity tracks clinical deterioration in Alzheimer's disease

While resting state functional connectivity has been shown to decrease in patients with mild and/or moderate Alzheimer's disease, it is not yet known how functional connectivity changes in patients as the disease progresses. Furthermore, it has been noted that the default mode network is not as homogenous as previously assumed and several fractionations of the network have been proposed. Here, we separately investigated the modulation of 3 default mode subnetworks, as identified with group independent component analysis, by comparing Alzheimer's disease patients to healthy controls and by assessing connectivity changes over time. Our results showed decreased connectivity at baseline in patients versus controls in the posterior default mode network, and increased connectivity in the anterior and ventral default mode networks. At follow-up, functional connectivity decreased across all default mode systems in patients. Our results suggest that earlier in the disease, regions of the posterior default mode network start to disengage whereas regions within the anterior and ventral networks enhance their connectivity. However, as the disease progresses, connectivity within all systems eventually deteriorates.     

基于Granger因果分析的癫痫发作间歇期EEG在δ频段的功能连接模式

目的 应用频域Granger因果分析方法,研究颞叶癫痫发作间歇期16导脑电图(EEG)在与癫痫发作相关的δ频段的过度放电功能连接特性.方法 实验数据来自颞叶癫痫9例患者(6例左颞叶癫痫,3例右颞叶癫痫),9例正常对照受试者.记录每例颞叶癫痫受试者在发作间歇期的痫样放电、非痫样放电以及正常对照组的共3个状态的16导EEG;每个状态下各记录10个EEG数据段,每个数据段长度为20s,采样频率为200 Hz;应用带通滤波提取EEG的δ分量(1～4 Hz).应用频域Granger因果分析方法,分别计算痫样放电组、非痫样放电组和正常组10次记录的16通道EEGδ频段分量之间的频域因果度量平均值Iδ;分析以上3个组颞叶区(左颞叶癫痫:T3、T5,右颞叶癫痫:T4、T6)与额区(Fp1、Fp2、F3、F4)和顶区(C3、C4)之间EEG在δ频段的功能连接模式.结果 痫样放电组:下颞叶区(左下颞叶区T5,右下颞叶区T6)与额区、顶区之间Iδ在0.1323±0.0329～0.1670±0.0289;非痫样放电组:下颞叶区与额区、顶区之间的Iδ在0.0300±0.0130～0.0420±0.0072;正常对照组:下颞叶区与额区、顶区之间的Iδ在0.0153±0.0028～0.0193±0.0057.统计结果表明:痫样放电组下颞叶区与额区、顶区之间的Iδ值与非痫样放电组相比差异有统计学意义(P＜0.05),与正常对照组相比差异有统计学意义(P＜0.01);非痫样放电组下颞叶区与额叶、顶叶之间的Iδ值和正常对照组相比差异无统计学意义(P＞0.05).结论 颞叶癫痫发作间歇期在痫样放电状态下,EEGδ频段在下颞叶区与额区、顶区之间存在较强连接,过度放电从下颞叶区传递到额区和顶区.非痫样放电组和正常组的EEGδ频段,下颞叶区与额叶、顶叶之间连接弱,下颞叶区不是EEG信号传导的起始区.     

基于独立成分分析和时间相关分析的脑功能连通研究方法

目的：利用静息状态功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技术，提出联合独立成分分析（independent component analysis，ICA）和时间相关分析的人脑功能连通性研究方法。方法：首先采用空间ICA定位任务激活的脑区；然后选择一个激活区作为感兴趣区域（region of interest，ROI），采用时间相关分析方法检测静息状态大脑特定皮层的功能连通性，并通过检测人脑运动皮层的功能连通性验证方法的有效性。结果：大脑运动皮层功能连通网络包括初级运动区、辅助运动区、初级感觉皮层、背侧前运动区和后顶骨体觉区。实验结果表明，静息状态下。时间相关分析检测到的运动皮层的功能连通网络与已知的解剖连通相一致。结论：利用静息fMRI。结合空间ICA和时间相关分析方法。检测了静息时人脑运动皮层的功能连通网络。为脑区间功能连通的研究提供了一种简便的、无损的、有效的研究方法。