基于靜息態(tài)腦電的AD患者腦網絡連接特性及核心節(jié)點研究.pdf

1、研究目的：
　　阿爾茲海默?。ˋlzheimer’s Disease, AD），是一種發(fā)生于老年期的神經系統(tǒng)退行性疾病，其臨床表現為進行性認知功能障礙和記憶力損害，嚴重危害老年人的身心健康并影響生存質量。已有的研究證實AD患者腦網絡連接異常，腦網絡的研究對深入理解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據進行頻域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絡連接特性、核心節(jié)點的分布

2、及腦網絡穩(wěn)定性，為研究AD靜息態(tài)的腦網絡特性提供支持。
　　研究方法：
　　1.實驗數據：數據來自天津醫(yī)科大學總醫(yī)院神經內科，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.數據預處理：采集到的原始數據選取基線較平穩(wěn)，無明顯偽差的EEG信號，對 EEG信號進行基線漂移校正、工頻濾波等預處理。
　　3.時頻分析：應用短時傅里葉變換（Short-time Fourier

3、 Transform，STFT）對各通道的EEG信號進行時頻分析，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（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

4、對照組（Healthy Control，HC）在各個頻段的因果連接矩陣、網絡連接強度和網絡特征參數。
　　5.計算網絡的rich-club系數：計算各個頻段網絡的rich-club系數，分析網絡的rich-club特性。
　　6.核心節(jié)點分布：基于介數中心度法（Betweenness Centrality，BC）計算 AD組和HC組腦網絡的核心節(jié)點，并分析核心節(jié)點的易損性。
　　7.統(tǒng)計學分析：使用 SPSS22.0統(tǒng)

5、計分析軟件對數據進行獨立樣本t檢驗，計量資料用均值±標準誤（ xx?s）表示。比較兩組受試在不同頻段上因果網絡的連接均值DTFmean，全局效率Eglob，集群系數C等。
　　研究結果：
　　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矩陣構建因果網絡
　　AD組和 HC組的各頻段腦電數據的因果關系矩陣，在

6、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（P<0.001）；low-beta頻段AD組的DTF值為0.0251?0.0014，HC組的 DTF值為0.0322?0.0008（P<0.01）；high-beta頻段AD組的DTF值為0.0240?0.0015，HC組的DTF值0.0284?0.0013（P

7、<0.05）。在全頻段、delta和theta頻段則無顯著性差異。
　　3、因果網絡的定量描述
　　基于DTF值構建因果網絡，計算AD組和HC組在各頻段的網絡全局效率和集群系數。
　　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（P<0.01）；low-beta頻段AD組的Eglob值

8、為0.0368?0.0019，HC組為0.0473?0.0011（P<0.001）；high-beta頻段 AD組的 Eglob值為0.0346?0.0018，HC組為0.0422?0.0011（P<0.01）。在全頻段、delta和theta頻段則無顯著性差異。
　　集群系數：在alpha和low-beta頻段均具有顯著性差異，alpha頻段AD組集群系數C的值為0.0237?0.0015，HC組為0.0305?0.0007（P

9、<0.01）；low-beta頻段 AD組集群系數 C的值為0.0198?0.0012，HC組為0.0244?0.0009，（P<0.01）。在全頻段、delta，theta和high-beta頻段則無顯著性差異。
　　4、Rich-club系數
　　AD組和HC組網絡的rich-club系數均存在大于1的情況，且隨k值的增大而增大。說明AD組和HC組的因果網絡都存在rich-club特性。
　　5、網絡核心節(jié)點分析<

10、br>　　基于介數中心度法求出兩組受試者的核心節(jié)點分布，并進行統(tǒng)計分析。發(fā)現AD組的核心節(jié)點數少于HC組，且在前腦區(qū)無核心節(jié)點分布。
　　6、網絡穩(wěn)定性
　　對網絡進行攻擊，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（P<0.01），AD組顯著大于HC組，說明AD網絡中核心節(jié)點的破壞對整個網絡的影響程度更高。
　　研究結論：
　　本文基于靜息態(tài)腦電數據

11、，應用頻域Granger因果分析對AD患者和正常老年人構建腦網絡，從網絡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)因果網絡的核心節(jié)點分布。
　?。?）AD患者的腦區(qū)因果連接強度較弱，AD組alpha網絡和beta網絡的集群系數和全局效率均較低，表明AD患者的腦網絡相較于正常老年人有所受損。
　?。?）AD患者和正常老年人腦網絡均存在rich-club現象，即網絡中存在一些節(jié)點，它們具有高的節(jié)點度且彼此之間的連接相