基于脑信号复杂度的广泛性焦虑障碍脑功能异常研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于脑信号复杂度的广泛性焦虑障碍脑功能异常研究学科专业生物医学工程学号201521090513作者姓名叶良凯指导教师陈华富教授分类号密级注1UDC学位论文基于脑信号复杂度的广泛性焦虑障碍脑功能异常研究（题名和副题名）叶良凯（作者姓名）指导教师陈华富教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业生物医学工程提交论文日期2018.05.20论文答辩日期2018.05.28学位

2、授予单位和日期电子科技大学2018年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号StudyonbrainfunctionalabnormalitiesofgeneralizedanxietydisorderbasedonbrainsignalcomplexityAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaBiomedicalEngineeringDiscipline:YeLiangkaiAuthor:Prof.ChenHu

3、afuSupervisor:SchoolofLifeScienceandTechnologySchool:摘要摘要广泛性焦虑障碍（GeneralizedAnxietyDisorder，GAD）是焦虑障碍中最为常见的一种类型，以持续性的紧张不安和忧虑为主要特征，常伴有自主神经功能兴奋和过分警觉。虽然以往的研究者从行为、生理、心理等多个层面对GAD的病理生理机制展开了大量研究，但是迄今为止，其具体机制仍不明确。近些年来，随着脑成像技术尤其是功能磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging，fMRI）技术的快速发展

4、和成熟，为揭示GAD的病理生理机制提供了新的技术手段。但是基于fMRI技术发展起来的功能连接和局部一致性（ReHo）等传统影像学指标在精神疾病的应用研究中得到的结果稳定性还不是很高，因此无法有效揭示精神疾病的病理生理机制。而非线性统计方法尤其是多尺度样本熵（multiscaleentropy，MSE）分析方法的出现为研究精神疾病的病理生理机制提供了新的见解。本文主要以静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）为载体，以MSE分析方法应用为主线，通过对GAD患者脑功能信号的时间复杂度和空间复杂度进行测量与分析，从而探测GAD的病理生理机制。本文研究内

5、容分为以下两个部分：第一部分，通过使用时间MSE分析方法对GAD患者脑功能信号时间复杂度异常的脑区进行定位，研究结果显示GAD患者在左侧额下回、后颞上沟，右侧扣带前回、脑岛，双侧颞上回、辅助运动区、楔叶等区域的时间复杂度显著升高，而左侧扣带前回、右侧丘脑、额下回、颞下回这些焦虑障碍功能异常的核心区域的时间复杂度出现明显的降低，同时也检测到这些异常脑区的时间复杂度与焦虑严重程度具有非线性关系。通过对GAD患者时间复杂度异常的脑区进行分析，我们发现这些异常脑区主要与情感加工以及情感控制密切相关，这表明脑功能信号时间复杂度的改变可能反映了GAD的关键

6、病理特征，而时间复杂度与焦虑严重程度之间的复杂关系为理解脑功能系统的神经动力学机制提供了新的见解。第二部分，采用本文首次提出的空间MSE分析方法来探测GAD患者脑功能信号空间复杂度的异常，结果发现GAD患者的空间复杂度明显升高，这表明GAD患者的脑功能活动表现出更加混乱的空间组织特性，反映了高空间异质性特征。此外，GAD患者空间复杂度的升高主要出现在1空间尺度下，这说明GAD患者的脑功能异常可能与大脑特有的空间尺度的异常模式有关。更重要的是，我们还发现空间复杂度与焦虑严重程度具有倒U型关系，这揭示了脑功能系统神经动力学的重要机制。这些研究结果为

7、理解GAD的病理生理机制提供了新的证据，同时说明空间复杂度有可能作为反映大脑异常状态的一项新影像学指标。I摘要综上所述，本文一方面揭示了GAD患者脑功能信号时间复杂度的改变，这可能反映了GAD的关键病理特征；另一方面开创性地提出了空间MSE这一新指标用于研究大脑的空间组织特性，发现GAD患者脑功能的空间异质性明显升高，并揭示了脑功能系统的重要神经动力学机制。这些研究结果也更大程度地加深了我们对GAD病理生理机制的理解。关键词：广泛性焦虑障碍，静息态功能磁共振成像，多尺度样本熵，脑信号复杂度，非线性关系IIABSTRACTABSTRACTGene

8、ralizedanxietydisorder(GAD)isthemostcommontypeofanxietydisorders.Itischarac