基于不同連接模式構(gòu)建外側(cè)頂葉和顳葉腦圖譜.pdf

1、人腦是自然界最復雜的系統(tǒng)之一。通過研究大腦的組織形式來研究其功能將極大地提升我們對人腦的認識。最近的研究表明，人腦的功能主要由其外在的連接模式所決定。因此，基于不同的連接模式來細分大腦可以更好的刻畫功能的分離與整合。在本論文中，主要研究了基于連接模式構(gòu)建外側(cè)頂葉和顳葉腦圖譜及其應用。
　　首先，為了更好的分割復雜的頂下小葉，引入了譜聚類與邊加權(quán)相結(jié)合的無監(jiān)督聚類算法來分割頂下小葉。盡管頂下小葉是一個非常復雜的區(qū)域并且參與到各種不同

2、的認知功能，研究發(fā)現(xiàn)基于解剖連接模式分區(qū)的結(jié)果和基于細胞構(gòu)筑分區(qū)的結(jié)果具有很好的一致性。為了刻畫每個子區(qū)的連接模式，提出了基于坐標的薈萃分析方法來定義目標區(qū)來確定每個子區(qū)的連接指紋圖。同時，采用了靜息態(tài)的功能連接分析方法來刻畫每個子區(qū)參與的主要皮層網(wǎng)絡。
　　其次，為了確定位于顳葉后側(cè)的威爾尼克區(qū)解剖邊界，研究中首先基于不同的解剖連接模式將傳統(tǒng)的威爾尼克區(qū)細分成不同的子區(qū)，然后基于靜息態(tài)功能連接確定每個子區(qū)的功能網(wǎng)絡識別出語言相關(guān)

3、的功能子區(qū)。最后，基于共激活網(wǎng)絡、行為分析和術(shù)中電刺激技術(shù)來驗證靜息態(tài)功能連接分析的發(fā)現(xiàn)。我的研究發(fā)現(xiàn)威爾尼克區(qū)主要位于顳葉的后側(cè)顳上回，并不包括顳頂聯(lián)合區(qū)。顳頂聯(lián)合區(qū)主要參與到社會認知功能中。基于連接模式分區(qū)的方法，第一次給出了位于顳葉后側(cè)的威爾尼克區(qū)的后側(cè)解剖邊界的準確定義。解決了威爾尼克區(qū)到底在哪這個爭論很久的問題。
　　此外，在以前大量的研究中，研究功能結(jié)構(gòu)一致性主要考察有功能連接的區(qū)域是否有結(jié)構(gòu)連接或結(jié)構(gòu)連接強度和功能連

4、接強度的關(guān)系。為了探索大腦區(qū)域是否具有功能結(jié)構(gòu)的一致性，在本研究中，基于不同的連接模式包括解剖連接、靜息態(tài)功能連接和任務態(tài)共激活連接模式來同時分割頂上小葉，發(fā)現(xiàn)基于三種不同的連接模式分區(qū)可以得到一致的分割結(jié)果。而且分區(qū)的結(jié)果和細胞構(gòu)筑的分區(qū)模式也很相似。我的研究表明，頂上小葉具有一致的結(jié)構(gòu)和功能拓撲圖。同時該研究結(jié)果表明人腦中存在一個基本的組織形式來決定人腦的功能和結(jié)構(gòu)。
　　然后，我將新構(gòu)建的腦圖譜運用到認知神經(jīng)科學的研究中。在

5、人腦中有兩個明顯偏側(cè)化的系統(tǒng)，一個是語言系統(tǒng)，一個是視空間注意系統(tǒng)。為了研究視空間注意偏側(cè)化的神經(jīng)解剖學基礎，我首先基于不同的解剖連接模式分割頂上小葉，并將分割后的子區(qū)作為經(jīng)顱磁刺激（TMS）的靶區(qū)。其次，通過TMS技術(shù)來模擬對后側(cè)頂上小葉的虛擬損傷，從而來探索其在損傷條件下對視空間注意的行為的影響，隨后，基于彌散磁共振成像技術(shù)來研究后側(cè)頂上小葉和額頂網(wǎng)絡以及與對側(cè)的后側(cè)頂葉皮層的連接。最后，基于相關(guān)分析來確定哪些連接和視空間注意的行為

6、表現(xiàn)相關(guān)。我們的研究發(fā)現(xiàn)頂上小葉和額中回，額下回以及對側(cè)后側(cè)頂葉皮層的連接與視空間注意的行為顯著相關(guān)。此外，不平衡的解剖連接構(gòu)成了不對稱的視空間注意的解剖學基礎。
　　最后，此前的大量研究主要關(guān)注注意處理的高級處理網(wǎng)絡之間的相互作用而忽略了高級皮層區(qū)對低級感知皮層區(qū)的影響和視空間注意偏側(cè)化的關(guān)系。先前的研究表明視空間的選擇性注意的反饋偏差信號可以改善視覺皮層對相關(guān)的刺激及其屬性的感知。而這種反饋偏差信號主要起源于高級的皮層區(qū)例如額

7、葉和頂葉。但是這種偏差信號和視空間注意的偏側(cè)化的關(guān)系并不清楚。為了探索自上而下的功能連接和視空間注意偏側(cè)化的關(guān)系，在我們的研究中，我們首先基于TMS研究了短暫抑制高級皮層區(qū)頂上小葉的活動來探討其對行為的影響。其次確定了自上而下的功能連接和行為表現(xiàn)的關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)頂上小葉和初級視覺皮層V1的功能連接和行為表現(xiàn)顯著相關(guān)。而和V2，V3，V4的連接沒有發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性。我們的研究表明自上而下的功能連接偏差會造成視空間注意的不對稱性，而且注意可