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(diǎn)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(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(shí)AD患者腦網(wǎng)絡(luò)連接異常，腦網(wǎng)絡(luò)的研究對(duì)深入理解AD的發(fā)病機(jī)制具有重要的理論意義。本論文對(duì)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(hào)在不同頻段的網(wǎng)絡(luò)連接特性、核心節(jié)點(diǎn)的分布

2、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(shí)驗(yàn)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(hào)（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(hào)，對(duì) EEG信號(hào)進(jìn)行基線漂移校正、工頻濾波等預(yù)處理。
　　3.時(shí)頻分析：應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換（Short-time Fourier

3、 Transform，STFT）對(duì)各通道的EEG信號(hào)進(jìn)行時(shí)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(jì)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(jì)算AD組和正常

4、對(duì)照組（Healthy Control，HC）在各個(gè)頻段的因果連接矩陣、網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度和網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)。
　　5.計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的rich-club系數(shù)：計(jì)算各個(gè)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(diǎn)分布：基于介數(shù)中心度法（Betweenness Centrality，BC）計(jì)算 AD組和HC組腦網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，并分析核心節(jié)點(diǎn)的易損性。
　　7.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用 SPSS22.0統(tǒng)

5、計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)量資料用均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（ xx?s）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(shí)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

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(wǎng)絡(luò)的定量描述
　　基于DTF值構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)，計(jì)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（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(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（P

9、<0.01）；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，（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(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(diǎn)分析<

10、br>　　基于介數(shù)中心度法求出兩組受試者的核心節(jié)點(diǎn)分布，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。發(fā)現(xiàn)AD組的核心節(jié)點(diǎn)數(shù)少于HC組，且在前腦區(qū)無核心節(jié)點(diǎn)分布。
　　6、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性
　　對(duì)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（P<0.01），AD組顯著大于HC組，說明AD網(wǎng)絡(luò)中核心節(jié)點(diǎn)的破壞對(duì)整個(gè)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)

11、，應(yīng)用頻域Granger因果分析對(duì)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(jì)算兩組受試靜息態(tài)因果網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)分布。
　?。?）AD患者的腦區(qū)因果連接強(qiáng)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。
　?。?）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(diǎn)，它們具有高的節(jié)點(diǎn)度且彼此之間的連接相