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_第1頁
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文檔簡介

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

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