基于功能磁共振的脑熵研究

论文摘要

熵表示系统不规则性和信息处理能力。人脑是世界上最复杂的系统之一,使用脑熵（BEN）来评估大脑复杂性可能提供一些物理特征来增加我们对脑活动的理解。在过去使用脑电数据已经对BEN进行过评估,但是由于缺乏足够的空间分辨率,最近我们使用样本熵提出了基于功能磁共振的BEN测量方法。并且最近的BEN研究已经确定了正常BEN分布模式,另外也有一些研究发现了在衰老和脑疾病上的BEN变化,这些先期研究清楚地表明了BEN很可能会成为一个新兴的生物标记。正因为它相对比较新颖,在临床或基础的认知神经科学界,BEN的接受度还相对较低。究其原因,一是BEN与现有广为人知的方法之间的关系不清晰,二是BEN是否可逆,是否能反映神经调控或治疗效果不得而知。围绕BEN这个前沿课题,本论文课题主要解决以上两个关键问题。在第一部分我们研究BEN与脑血流（CBF）,比率低频振幅（fALFF）之间的关系,为BEN作为测量静息态脑活动的一个新指标提供更多证据;在第二部分,我们研究左侧背外侧前额叶（DLPFC）高频重复经颅磁刺激（rTMS）对BEN的影响,来验证BEN对神经调控的敏感性和作为潜在地生物标记提供证据。第一部分静息态BEN与CBF,fALFF之间的关系熵是人脑的基本特征。使用基于fMRI的BEN映射,在正常脑和神经精神疾病中越来越多地发现了有趣的发现。由于BEN仍然相对较新,一个经常被提出的问题是,与其他更成熟的大脑活动指标相比,这一衡量标准可以告诉有多少新信息。该研究旨在通过检查BEN和两种广泛使用的静息状态脑状态测量方法CBF,fALFF之间的关系来解决这个问题。从一个大样本被试中获得的fMRI数据用于计算三个指标;通过皮尔逊相关分析在每个体素上评估模态间关联。结果表明在眶额皮层（OFC）和后部颞下回（ITC）区域BEN-CBF,BEN-fALFF有中等到强的正相关关系;在视觉皮层（VC）,纹状体,前部ITC,运动网络,楔前叶和外侧顶叶皮层中发现BEN-fALFF有着强的负相关关系。在内侧眶额皮层（MOFC）,内侧前额叶（MPFC）,左侧角回和左前额叶中发现了CBF-fALFF有强的负相关关系。三种测量方式之间的相关关系也存在着显著的性别差异。我们的数据清楚地表明,BEN提供了CBF和fALFF无法揭示的独特信息。第二部分rTMS对BEN的影响最近的研究已经确定在正常大脑中显示出有趣的BEN分布模式及其由于衰老和脑部疾病引起的变化。但是一个具有重要科学和临床重要性的问题,使用非侵入性神经调节是否可以调节BEN仍然是未知的。本研究的目的是使用高频rTMS来解决这个开放性问题。应用20Hz rTMS或SHAM（对照）刺激之前和之后获得的静息状态fMRI计算BEN。与SHAM相比,20Hz rTMS减少了内侧眶额皮层和膝下扣带回（MOFC/sgACC）中的BEN,表明其中信息处理减少,这可能是由于左侧DLPFC rTMS增强的自上而下调节。左侧DLPFC（靶点）与大脑其他部位之间的功能连接性（FC）未观察到显著变化,表明rTMS可能不会影响FC,尽管它可能使用FC来转移其效果或及时性信息。我们的数据证明rTMS可以调节BEN,BEN可用于监测rTMS效应。

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致谢

摘要

ABSTRACT

缩略词表

1 前言

1.1 磁共振成像

1.1.1 功能磁共振成像

1.1.2 动脉自旋标记成像

1.2 脑熵

1.2.1 脑熵研究进展

1.2.2 脑熵计算方法

2 第一部分脑熵与脑血流,比率低频振幅的关系

2.1 问题提出与研究假设

2.2 方法

2.2.1 实验参与者

2.2.2 磁共振数据获取

2.2.3 图像预处理

2.2.4 BEN计算

2.2.5 CBF计算

2.2.6 fALFF计算

2.2.7 统计分析

2.3 结果

2.4 讨论

3 第二部分左侧DLPFC高频RTMS对脑熵的影响

3.1 问题提出与研究假设

3.2 方法

3.2.1 实验参与者与实验设计

3.2.2 TMS参数

3.2.3 磁共振数据获取

3.2.4 图像预处理

3.2.5 BEN图像计算

3.2.6 静息态FC计算

3.2.7 统计分析

3.3 结果

3.4 讨论

4 总结

参考文献

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋东辉

导师: 王泽

关键词: 功能磁共振成像,脑熵,脑血流,比率低频振幅,重复经颅磁刺激

来源: 杭州师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,基础医学,临床医学

单位: 杭州师范大学

分类号: R445.2;R338

总页数: 62

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