脑网络在阿尔茨海默病中的研究进展

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1、脑网络在阿尔茨海默病中的研究进展班级：2014级研究生医学班姓名：唐露露学号:20140232摘要：脑M络作为复杂网络现论在祌经科学屮的重要应川，极人税度上表现Y不同尺度的脑结构或功能连接模型，提供Y解释人脑这一复杂系统在结构组织及信息加工模式等闷题的重要工具。同时，脑网络在脑疾病的临床应用研究中，也已证明很多脑疾病，在网络层Iftf中均体现了不同程度的拓扑结构差异。这些成果为在系统水平上揭示脑疚病的痫理机制提供了新的思路。木文介绍了脑网络所涉及的基木概念及K在阿尔茨海默病(Alzheimer'sdisease,AD

2、)中的研究成果，并指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.关键词：脑网络；阿尔茨海默病；核磁共振成像AD是一种以进行性智能减退为特征的中枢祌经系统变性疾病，足最常见的痴呆类型，约占全部痴呆患者的50%〜70%［1］。主要表现为全而的认知功能减退，首先出现记忆障碍，随出现语言、视空1川、执行功能障碍、失认及失用等，最终发展为完全性缄默。近年来，研究发现通过多模态磁共振影像技术如结构磁共振成像(structuralmagneticresonanceimaging,sMRI)、扩散膨L:振成像(diffusionmagn

3、eticresonanceimaging,dMRI)及功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRI｝能够无创伤性获取人脑的结构和功能连接信怠，利川这些信息结合基于图论s杂网络理论使构建和描述人脑的连接网络成为可能。大脑连接网络表现出许多重要的拓扑性质，如“小世界”性、模块化结构等。研究者们发现AD患者大脑结构及功能网络的拓扑性质存在局部和全局异常变化。这不仅为了解AD的病理牛.理机制提供了重要的手段和方法，也为AD的早期诊断寻找可能的脑网络影像学标记［2］。一、脑网络

4、的概念网络的概念是來自于控制论、心理学、神经信息科学的概念和方法的运川，是从同类W题屮抽象出來的、川数孕屮的图论來表达芥研究的一种模型。脑网路的涵义为人脑在执行哪怕足非常简单的任务(或者无任务)时总是需要多个不同的功能区域(甚至在解剖空间上相隔离的区域)相互作用、互相协调，共同构成一个网络来发挥艽功能。也就是说，大脑的功能执行总是依赖于多个脑K之间的广泛交互。众所周知，人脑是ft然界屮最笈杂的系统之一。据估计，一个成年人的大脑中约有ion个祌经元细胞，这些数量e大的神经元细胞通过人约1015个突触互相连接，形成了一个

5、商度复杂的网络结构。越來越多的证据表明，这个复杂而庞人的网络是人脑进行信息处理和认知表达的生理基础:3］。根裾所采集的不同类型的祌经影像数据，对神经系统进行不同尺度的节点定义，包括祌经元、祌经元集群、脑区等，然后通过确定的关联计算将节点连接在一起。利用复杂M络基本原理以及统计物理学等方法进行属性分析，以期发现网络®木属性及节点间潜在的拓扑关系M时，研究人员己经将脑网络应用在脑疾病的研究中，得到了很多令人惊喜的结论。如：精神分裂症，阿尔茨海默氏症［5］。等。各种神经疾痫与脑网络的异常拓扑属性变化之闽，存在着广泛的关联。

6、脑M络作为重要的分析手段，具奋很强的临床价值，为祌经疾病的诊断提供了新的视角。二、脑网络的构建构建人脑结构网络关键的两步—是如何定义网络节点；二足如何定义网络连接(边其屮，节点的定义依赖于研究的空l'id尺度.里然脑网络可以从微尺度、屮阅尺度和人尺度3个水〒上进行研究，似山于人的大脑皮层具有巨大数量的祌经元（约1011个）和神经元集群（约108个），ifu且它们之间的关系是一个非常a杂的动态过程，以现有的技术从微尺度和屮叫尺度来构建人脑M络充满了困难.而在人尺度水平上，人脑包含了人约几I•个到几百个脑区，因此0前复杂

7、脑结构M络-•般都建立在人尺度范围上，以图像体素或由先验榄板划分的脑区定义大脑结构网络的竹点，而网络连接的定义则依赖于不M模态的成像技术.釆用结构磁共振成像可以获得脑的形态学数据，比如灰质密度、灰质体积以及皮层厚度等,脑结构网络的形态学连接m。就是根据脑区之间形态学数据的相关性来定义的；而通过扩散磁共振成像川'以检测到不M脑区之间的白质纤維束，利用白质纤维的连接数R、密度、强度、概率等可以定义人脑的结构连接（即解剖连接）网络［81。文献通常提到三类连接：结构连接、功能连接和有效连接［91。本文重点介绍菇于多模态磁井振

8、影像的阿尔茨海默病脑M络研究进展。三、阿尔茨海默病脑网络研究1.基于MRI的AD脑结构网络活体人脑的结构连接网络能够采用结构MRI和弥散MRI数据获取［1Q1。2007年，He等提出采用结构MRI图像获得的脑灰质形态信息构建人脑结构网络模型的方法，丼通过计算全脑皮层不部位灰质厚度的关联性，建立了国际上首个活体人脑全脑灰质结构网络草图，进一步研究