基于静息态功能磁共振的人脑功能连接研究及其在注意缺陷与多动症中的应用

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1、隶．轫大·璺博士学位论文基于静息态功能磁共振的人脑功能连接研究及其在注意缺陷与多动症中的应用INVESTIGATINGHUMANBRAINFUNCTIOINALCONNECTIVITYBASEDRESTINGSTATEFMIUANDITSAPPLICATIONINATTE]NTIONDEFICITHYPERACTIVITYDISORDERADissertationsubmittedtoSoutheastUniVers时FortheAcademicDe乒eeofDoctorofEngineeringBYXunhengW．angSupervisedby：SUDerVlSed℃Iv

2、：ProfZuhongLuSchoolofbi0109icalsciencesandmedicalengineeringSoutheastUhiVers埘Janu哪!1，2014㈨5眦9㈣8㈣舱吣6㈣2洲Y东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也4i包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。’了我‘I司工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：至到!瞳【：=J期：

3、研究生签名：型I!陛【：=J期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电’_j，文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容柑⋯致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊蹙)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。一躲进刷礴节摘要人脑功能连接组学是当前脑科学研究的一个热点。在探索人脑功能连接的研究中，静息态功能磁共振技术是一种重要的研究手段，而脑网络是基于静息态功能磁共振的人脑功能连接研究的重点问题。现阶段较流行的

4、考察脑网络方法主要有两类：基于图论的脑网络和基于独立成分分析的内在连接网络。但是，目前已知的脑网络研究存在一定的局限性，大多数基于空间连接的静态脑网络无法反映大脑信号时间变化的动态属性，而针对大脑的动态网络研究往往采取对采集到的大脑活动信号进行时间加窗的方法，存在如何选择时间加窗的长度的问题，特别是如何考察内在连接网络这种大尺度空间独立脑网络的动态变化属性尚未有系统的研究。另外，在脑疾病研究方面，注意缺陷与多动症是一种被广泛关注的脑疾病，该病在学龄儿童有着5．10％的发病率，部分患者的症状可能伴随到成年阶段，该病症的脑机制尚不完全明确。针对上述问题，本课题将从内在连接网络时间

5、模式的重测信度研究，内在连接网络时问模式在注意缺陷与多动症脑网络机制中的研究，以及基于脑影像的注意缺陷与多动症判别分析三个方面来研究静息态磁共振在人脑功能连接中的应用：1)内在连接网络时间动态模式特征的重测信度研究。人类大脑中存在动态的、内在的功能网络，简称内在连接网络。现有的内在连接网络研究方法主要有两种：独立成分分析和双回归分析。大部分研究关注内在连接网络独立成分的空间分布模式，很少有研究专注于内在连接网络的时间动态模式。本实验首次提出将复杂度指标和低频振幅这两大类时间信号变化指标用于测量内在连接网络的时间动态模式，并且分析了三组重测(test．retest)静息态功能磁

6、共振数据，分别考察扫描间隔长短、扫描采样率快慢和睁眼／闭眼等三种扫描条件对内在连接网络时间模式的重测信度的影响。结果显示本实验提出的两类内在连接网络时间动态模式的计算指标具有较高的重测信度，并且发现默认网络的时间动态模式在各种扫描参数下都具有很高的重测信度，另外验证了multi-bandEPI扫描序列是一种具有极高重测信度的扫描方式，特别是multi-baIldEPI扫描序列为探索脑网络的分形维度特征提供了强有力的手段，结果还发现内在连接网络时间特征可以很好的反映被试睁眼／闭眼时的静息态视觉网络的活动模式。另外，内在连接网络时间特征与节点强度显著相关，说明这些时间特征有意义的

7、。因此，这些具有较高重测信度的内在连接网络时变模式为探索空间大尺度脑网络动态属性提供了一种新的研究角度。2)内在连接网络时间动态模式特征在注意缺陷与多动症脑网络机制中的研究。现有的注意缺陷与多动症内在连接网络研究主要围绕空间模式，尚未有研究关注该病症的内在连接网络的时间动态模式。本研究首次将内在网络时间动态模式特征运用到注意缺陷与多动症研究中，从大尺度空间独立脑网络的动态机制角度考察该病症的脑机制，实验使用了成人组(23位患者和23位正常人)和儿童组(37位患者和35位正常人)两大组静息态功能磁共振数据