基于運(yùn)動(dòng)任務(wù)的腦功能動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的整合研究.pdf

1、功能磁共振成像(Functional magnetic resonance imaging,fMRI)技術(shù)是人們探測(cè)腦功能活動(dòng)的一種重要的無損檢測(cè)手段，由于它具有較高的空間分辨率和可以接受的時(shí)間分辨率廣泛的應(yīng)用在各類認(rèn)知領(lǐng)域。一般 fMRI的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)兩種設(shè)計(jì)方式。如何分析腦功能網(wǎng)絡(luò)之間在靜息態(tài)或者任務(wù)態(tài)中的功能整合以及交互作用是目前認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
　　論文以靜息態(tài)實(shí)驗(yàn)、視覺提示同步動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)想象

2、(motor imagery,MI)和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行(motor execution,ME)實(shí)驗(yàn)、右手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就緒實(shí)驗(yàn)以及左手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就緒實(shí)驗(yàn)中的人腦功能網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象。采用分級(jí)聚類分析方法(hierarchical clusteringanalysis,HCA)與鄰域相關(guān)(neighborhood correlation,NC)以及獨(dú)立成分分析(independent component analysis,ICA)相結(jié)合的方法來探測(cè)實(shí)驗(yàn)中相

3、關(guān)腦功能網(wǎng)絡(luò)的功能整合特性。采用條件格蘭杰因果分析方法(conditional Granger causality, CGC)來探測(cè)運(yùn)動(dòng)控制回路中涉及的腦功能網(wǎng)絡(luò)相互之間的交互作用以及因果流向。分列如下：
　　1.采用HCA和NC相結(jié)合的方法探測(cè)靜息狀態(tài)下男性和女性的腦功能網(wǎng)絡(luò)整合特性。男女靜息狀態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)聚類樹存在顯著性別差異。同時(shí)男性的靜態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要強(qiáng)于女性的。
　　2.利用HCA和NC相結(jié)合的方法提取視

4、覺提示同步動(dòng)手任務(wù)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦功能網(wǎng)絡(luò)，并且基于提取結(jié)果采用一種將活動(dòng)區(qū)時(shí)域和空域特性相結(jié)合的新指標(biāo)來度量左右手運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦功能區(qū)的活動(dòng)水平的不對(duì)稱性。結(jié)果顯示HCA和NC相結(jié)合的方法可以自動(dòng)地、準(zhǔn)確地提取和分類運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦功能區(qū)；同時(shí)采用新指標(biāo)度量的結(jié)果表明左、右側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)水平存在顯著的不對(duì)稱性。
　　3.利用HCA與ICA相結(jié)合的方法來探測(cè)視覺提示、運(yùn)動(dòng)想象、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行以及休息多任務(wù)實(shí)驗(yàn)中響應(yīng)于不同刺激的腦功能網(wǎng)絡(luò)整

5、合特性。結(jié)果顯示HCA和ICA相結(jié)合的方法可以克服各自的缺點(diǎn)的同時(shí)還能充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)將會(huì)引起不同的腦功能區(qū)的功能整合。運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)誘發(fā)頂葉上部、背側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)喙部和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)喙部的功能整合。運(yùn)動(dòng)執(zhí)行任務(wù)引起雙側(cè)主運(yùn)動(dòng)區(qū)、背側(cè)前運(yùn)動(dòng)區(qū)尾部、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)尾部、顳頂蓋和前內(nèi)側(cè)小腦的功能整合。而休息狀態(tài)則會(huì)引起幾個(gè)大的腦功能網(wǎng)絡(luò)的功能整合。這些網(wǎng)絡(luò)包括視覺加工系統(tǒng)、默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)、記憶系統(tǒng)和執(zhí)行控制系統(tǒng)。功能整合方面的發(fā)

6、現(xiàn)則為進(jìn)一步研究某種任務(wù)誘發(fā)腦功能區(qū)的交互作用提供了有力支持。
　　4.采用CGC方法評(píng)估靜息狀態(tài)和右手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)下的人腦運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)腦功能區(qū)的格蘭杰因果影響。我們的研究表明在右手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)下，人腦運(yùn)動(dòng)控制回路的因果信息交換顯著高于在靜息狀態(tài)下的情況。我們的研究還證明了以前的一個(gè)假設(shè)，那就是在右手運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就在狀態(tài)下人腦存在一個(gè)通路依次經(jīng)過ACC、PCC、楔前葉上部(upper precuneus, UPCU)、左側(cè)尾狀

7、核（left caudate nucleus, LCN）、扣帶運(yùn)動(dòng)區(qū)（cingulated motor area, CMA）、左側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（left supplementary motor area, LSMA）、左側(cè)主感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)（left primary sensorimotor area, LS1M1）最后回到 ACC，它和猴腦中發(fā)現(xiàn)的控制回路是類似的但是人腦的運(yùn)動(dòng)控制回路信息傳輸更加復(fù)雜。
　　5.采用CGC方法探測(cè)在左手

8、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)控制回路中節(jié)點(diǎn)之間的凈的因果流向。根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制回路節(jié)點(diǎn)之間的凈因果流向，我們發(fā)現(xiàn)了一條閉合通路，它依次經(jīng)過ACC、PCC、UPCU、右側(cè)尾狀核（right caudate nucleus,RCN）、CMA、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（right supplementary motor area, RSMA）、右側(cè)主感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)（right primary sensorimotor area,RS1M1）最后回到 ACC。這條通路