靜息態(tài)fMRI的有效連接可靠性分析.pdf

1、人腦是一個(gè)高度復(fù)雜的生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，被分為50個(gè)具有不同功能的皮層區(qū)域，腦功能區(qū)通過腦功能網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)個(gè)體感知、注意、記憶、運(yùn)動(dòng)、思維、語言、情感等認(rèn)知行為。通過腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究可以來探討腦功能的機(jī)制。功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）具有無創(chuàng)、重復(fù)性強(qiáng)、高時(shí)空分辨率、易定位的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究。靜息態(tài)fMRI測量腦靜息態(tài)自發(fā)活動(dòng)血氧依賴水平（Blood

2、Oxygen Level Depend，BOLD）信號(hào)，更接近于生理狀態(tài)，無復(fù)雜實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，沒有任務(wù)要求，操作方便，重復(fù)性好，信息穩(wěn)定可靠，可分析內(nèi)容多，在腦疾病的研究中具有明顯優(yōu)勢，也逐漸應(yīng)用于腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究。有效連接可以應(yīng)用于fMRI數(shù)據(jù)的分析腦功能網(wǎng)絡(luò)，探討大腦的腦神經(jīng)系統(tǒng)響應(yīng)機(jī)制，深入了解人腦功能網(wǎng)絡(luò)信息處理與信息傳遞的機(jī)制，被應(yīng)用于探索腦認(rèn)知功能和了解腦功能性疾病的發(fā)病機(jī)理。本論文以靜息態(tài)fMRI為研究對象，以有效連接方法為研

3、究重點(diǎn)，深入探討靜息態(tài)fMRI的有效連接方法以及有效連接的可靠性。
　　有效連接方法中的格蘭杰因果分析(Granger Causality Analysis，GCA)模型和動(dòng)態(tài)因果模型(Dynamic Causal Modeling，DCM)可被應(yīng)用于靜息態(tài)fMRI的分析腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究。GCA和DCM目前對于靜息態(tài)fMRI的有效連接分析，方法上存在許多的改進(jìn)，但仍處在一個(gè)不成熟階段，特別是對有效連接結(jié)果的可靠性判斷。多變量GCA

4、可以同時(shí)分析腦功能網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)變量間的因果關(guān)系。波譜動(dòng)態(tài)因果模型（spectral DCM，spDCM）是在頻域來分析腦功能網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)因果關(guān)系。本文針對這兩種有效連接方法，首先對比研究它們對靜息態(tài)fMRI的有效連接分析的可靠性。本文基于球體模型提取感興趣腦區(qū)的進(jìn)行多變量GCA和spDCM建模分析,并首次將結(jié)構(gòu)模板模型應(yīng)用于spDCM，基于結(jié)構(gòu)模板模型，對靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量GCA和spDCM建模分析。研究結(jié)果顯示，整體上多變

5、量GCA與spDCM分析靜息態(tài)fMRI的有效連接均具有一定可靠性和一致性；結(jié)構(gòu)模板模型和球體模型對應(yīng)的有效連接結(jié)果存在連接強(qiáng)度差異，因果關(guān)系存在一致性；spDCM比多變量GCA在對于低頻信號(hào)的有效連接分析更為敏感，更逼真的描述腦功能網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)，而多變量GCA可以更好的準(zhǔn)確探測已存在的有效連接。
　　靜息態(tài)fMRI成像掃描的時(shí)間長度目前沒有標(biāo)準(zhǔn)的約束條件，基于靜息態(tài)fMRI成像的腦功能網(wǎng)絡(luò)研究中，存在各種不同的但并不針對性的fMRI

6、信號(hào)時(shí)間序列長度，很少有研究專門針對靜息態(tài)fMRI的有效連接中掃描時(shí)長參數(shù)進(jìn)行研究分析。本文通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同時(shí)長的靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，對各組靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)的進(jìn)行多變量GCA和spDCM分析處理，探討fMRI信號(hào)時(shí)長對兩種有效連接方法的影響和對應(yīng)可靠性的時(shí)長范圍。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)多變量GCA適用于靜息態(tài)fMRI時(shí)長較低的范圍，spDCM適用于靜息態(tài)fMRI時(shí)長較長的范圍。
　　本文研究真實(shí)的靜息態(tài)fMRI的有效連接的掃描時(shí)間長度