学前儿童静息态脑功能网络研究述评

静息态技术在探讨脑加工网络方面有独特的优势,并迅速被医院及科研单位应用推广。以往静息态技术大多数用于成人和学龄儿童的实验研究,这些研究并不足以揭示早期脑加工网络发展的特点与规律。儿童神经科学借鉴该研究技术具有广阔的发展前景,一些研究借助于静息态技术探讨了学前儿童脑加工网络,推动了儿童脑科学研究领域的发展。但是,由于儿童实验对象难以获得,该领域目前的研究数量十分有限,而且在儿童脑功能发展理论的探索,统计方法技术等方面都存在一些缺陷与不足。因此,研究拟对儿童脑加工理论、研究方向、发展趋势及研究方法等方面加以深入分析与讨论。     

静息态人脑功能网络的小世界特性

研究了静息态下健康人脑的功能连接模式有助于理解人脑在正常或疾病状态下的功能活动规律.利用小波变换从健康志愿者静息态的功能磁共振成像中提取时间序列,计算90个脑区的相关性,设定阈值建立脑功能网络的无向简单图,然后计算特征路径长度和聚类系数,并对度分布进行拟合.结果显示:脑功能网络具有规则网络的大聚集系数又具有随机网络的小特征路径长度,度的拟合显示具有指数截断幂律分布,即脑功能网络具有小世界特性.     

静息态亚健康失眠脑功能网络分析

针对亚健康失眠者根据匹兹堡睡眠质量指数筛选被试参与实验,利用128导脑电（EEG）分析仪,提取静息态64导脑电信号,通过多通道脑电信号同步性分析,脑功能网络的构建和分析,研究亚健康失眠者与健康人脑电信号的特异性差异,同时进一步比较分析亚健康失眠者与健康人脑电的负相关特性.分析结果表明亚健康失眠者与健康人相比,脑电信号同步性降低,脑功能网络的连接减弱,大脑的活跃度降低,并且这种差异性在脑电负相关特性中表现更为明显.     

孤独症儿童静息态脑电Gamma频段功能网络研究

有研究表明,孤独症儿童的功能障碍可能和脑电中的Gamma频段异常有关。通过采集17例孤独症儿童和17例正常儿童睁眼静息态脑电,利用定向传递函数方法计算导联间的因果连接,构建Gamma频段(35~50 Hz)功能网络。用图论方法分析两组差异。结果表明相同阈值下,孤独症儿童脑功能网络全局效率、局部效率以及节点度均低于正常对照组儿童。提示孤独症儿童认知、行为异常可能与其大脑Gamma频段连接较弱、信息整合效率较低有关。     

基于随机分块模型的静息态功能脑网络可信度优化

为了提高静息态功能脑网络可信度,引用基于随机分块模型的网络重构方法对脑网络进行重构。通过网络指标的分析,验证该方法在脑网络中的适用性,找到网络中的虚假边;采用网络最大联通子集的方法来分析虚假边对网络连通性的影响。实验结果表明,该方法可用于脑网络的重构,通过重构可以找到影响脑网络连通性的虚假边,提高了连通性的可信度。     

基于静息态fMRI的人脑功能网络的小世界特性

从19个健康志愿者静息态的功能磁共振成像中提取了时间序列,计算了90个脑区的功能相关性,设定阈值建立脑功能网络的无向简单图,然后计算了一些网络测度.结果显示人脑功能网络具有小世界特性;性别分层后并没有发现各网络测度在全脑水平有显著性的性别差异.     

利用多模态光学脑成像研究前额叶静息态功能连接

多模态光学脑成像包括近红外光谱及漫射相关谱,前者探测大脑皮层的血氧代谢水平,而后者测量皮层的脑血流.皮层血氧代谢和血流是不同的两类血液动力学参量,可以从不同方面反映大脑的神经活动强度. 本研究利用多模态光学脑成像测量了人脑前额叶的静息态功能连接. 10个正常成年人参加了实验测量,分别用近红外光谱和漫射相关谱在前额叶的相同位置记录了大脑8分钟的自发波动信号,测量覆盖区域包括左侧额下皮层及左背外侧前额叶. 低频段血氧代谢信号（包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白及总血红蛋白浓度）用来揭示基于血氧信号的静息态功能连接,而相同频段的脑血流信号用来确定基于脑血流的静息态功能连接. 两类血液动力学参量的静息态功能连接均揭示：背外侧前额叶区域内的连接大于背外侧前额叶与额下皮层之间的区域间连接,显示相邻的背外侧前额叶和额下皮层是不同的功能区域. 此外定量比较基于两类血液动力学参量的功能连接发现,基于血氧代谢的连接有更大的连接强度,表明在同一个功能区内,静息时血氧代谢信号的时间同步性更高.     

静息态功能脑网络核心节点评价方法及其在抑郁症分类上的应用

识别大脑功能网络的核心节点对于脑科学与脑疾病研究有重要的指导意义。目前,研究者普遍运用度中心性和k-core分解法来度量网络的核心节点,然而度中心性只考虑节点自身的邻居个数而忽略了其在网络中的位置。k-core分解法只考虑节点在网络中的位置而忽略了其自身的特性。本文综合考虑节点的度值及其在网络中的位置,提出了一种基于度值和节点位置相结合的核心节点评价方法。对正常被试大脑功能网络进行蓄意攻击仿真实验表明:与度中心性和kcore分解法相比,对采用新方法识别出的核心节点进行蓄意攻击后,网络的全局效率下降幅度最大;其次,依据文中提出的中心性指标,找到抑郁症患者和正常被试之间具有显著差异的脑区,并将这些脑区的中心性指标作为分类特征进行分类,使得分类的准确率提高了7%.     

静息态脑功能成像评价平衡针对正常人的中枢作用

目的:应用静息态脑功能磁共振成像技术,探讨平衡针的中枢作用机制.方法:选择10名健康志愿者,于针刺平衡针前后分别进行磁共振腩功能成像扫描,应用功能连接方法处理功能磁共振(fMRI)成像数据,针刺前后两组数据采用组间配对t检验统计分析.结果:针刺后的双侧颞中回、双侧眶上同、双侧尾状核头、双侧岛叶、左侧腹背侧核、双侧额上回...     

基于机器学习的静息态人脑功能活动差异的分类研究

本研究在睁眼(eyes-open,EO)和闭眼(eyes-closed,EC)两种静息态下提取了45位健康被试的脑功能参数比率低频振幅(fractional amplitude of low frequency fluctuation,fALFF)和局部一致性(regional homogeneity,ReHo)数据,比较并分析了基于线性核的支持向量机(SVM)、基于RBF核的支持向量机、朴素贝叶斯、决策树、随机森林和自适应增强(Adaboost)6种机器学习方法在数据上的分类效果.实验表明,对单一特征数据分类时,朴素贝叶斯算法对fALFF数据的分类效果最好,线性核的SVM算法对ReHo数据的分类效果最好;对fALFF和ReHo数据相融合的多层次特征数据分类时,朴素贝叶斯算法的分类效果最好.此外,本研究对单一特征数据与多层次特征数据在6种机器学习方法上进行分类比较,结果表明利用多层次特征数据时,基于RBF核的SVM,朴素贝叶斯和随机森林算法的分类效果有所提升.本研究基于不同机器学习方法和不同层次特征数据的分类比较,为EO和EC静息态脑功能活动和其他脑病理的研究提供了相关的参考依据.     

静息状态下脑网络建模及功能连接特性

实验采集静息状态下功能磁共振成像数据,经预处理后结合种子相关分析方法、t-检验法以及复杂网络理论和方法构建正常人脑功能网络.针对脑网络构建中种子相关分析法存在阈值设定随意性大的问题,引入两个原则,即设定的阈值需保证网络的整体性和小世界特性,使建立的脑网络模型充分具有实际系统的特征.在建模基础上进一步研究脑网络功能连接特性,发现网络具有明显的小世界特性;并通过计算网络中心化指标推测出后扣带回、楔前叶、楔叶以及顶上小叶等是静息状态下脑功能网络的关键脑区.     

基于光学脑成像的抑郁症前额皮层静息态网络的研究

抑郁症患者通常表现出心境低落,并且伴随许多认知和生理症状. 文中使用功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)来测量28名抑郁症患者和30名对照组8 min前额皮层的自发血液动力活动. 通过图论和拓扑分析对大脑前额皮层静息态网络属性进行分析,结果表明,抑郁症患者前额皮层网络表现出异常的模式：显著降低的网络密度（低的平均节点等级）、显著降低的聚集程度（低的聚类系数）、显著降低的网络信息传输效率（高的平均路径长度）以及显著增加的随机性（低的小世界属性）. 这些结果表明使用近红外光谱技术能够揭示抑郁症患者脑网络的异常特性.     

静息状态脑活动及其脑功能成像

目前应用无创性磁共振功能成像技术的脑功能成像研究常把无任务的静息状态作为对照,特定的脑功能区活动是任务状态脑活动与对照状态相减所得.但是近年来研究发现,所谓静息状态时大脑也存在功能活动.显然这种脑活动将会影响与目的任务相关的脑功能成像结果以及对这种结果的解释.因此理解静息状态脑活动及其生理意义,对解释脑功能成像的结果以及全面了解大脑功能具有重要意义.文中就静态脑活动的研究背景、存在证据、活动特点、生理意义及其功能成像研究进展做简要评述.     

慢性吸烟者的脑静息态fMRI局部一致性研究

为了纵向研究慢性吸烟者在未戒烟和戒烟一段时间后静息态局部脑功能活动发生的变化,本文结合功能磁共振成像(fMRI)和局部一致性(ReHo)方法,对12名慢性吸烟的健康志愿者,在未戒烟和戒烟一周后的脑静息态扫描数据进行组内比较分析,结果:与未戒烟状态相比,吸烟者戒烟一周后额叶(左侧眶内额叶、右侧额中回、右侧背外侧额叶)、左侧楔前叶、左侧后扣带皮层、左侧楔叶和右侧初级运动皮层的ReHo显著降低;双侧颞上回、左侧距状裂沟回、左侧舌回、左侧梭状回、左侧海马旁回、右侧中央后回和左侧豆状壳核的ReHo显著增强。研究表明,慢性吸烟者在戒烟一周后上述脑区的神经元活动一致性发生了变化,这为ReHo应用于戒烟疗法提供了一定依据。     

基于近似熵快速算法的静息态脑磁信号分析

为了探究静息态精神分裂症患者脑磁信号的非线性动力学特性,提出了一种将小波变换和近似熵相结合的特征提取方法.该方法首先通过小波变换,将10个正常人和10个精神分裂症患者的脑磁信号进行6层小波分解,提取对应于脑磁信号θ波段和α波段的小波系数,继而计算和比较两类人近似熵的分布情况.实验结果表明,相同情况下精神分裂症患者MEG信号的各脑区和各通道间的近似熵都普遍高于正常人,α波段的额叶和中央区域尤为突出.该结果为进一步研究患者MEG信号特征进而建立相应的分类诊断模型提供了思路.     

大一新生孤独与网络成瘾的交叉滞后分析

为探讨大一新生在第一学期内网络成瘾与孤独之间的双向发展关系,对某省两所高校的750名大一新生进行横向调查,从中随机抽取356名被试进行为期一个学期的纵向追踪,被试分三次(T1,T2,T3)填写孤独量表和网络成瘾量表,中间平均间隔1个月.结果表明:T2-T3,孤独感和网络成瘾可相互显著正向预测,且这种双向预测关系不存在性别差异;孤独与网络成瘾存在中等程度的相关;T2时间点是开展大一新生孤独和网络成瘾干预的关键时间点.     

女性阿尔茨海默病患者静息态功能磁共振图像FC分析

利用静息态功能磁共振对阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者发病机制和病理过程的研究结果表明AD患者脑功能的改变早于脑结构的改变,女性患病率是男性的2倍.针对不同年龄段女性患者静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI),基于SPM(statistical parametric mapping,SPM)对图像进行时间上的时间层校正以消除时间差;空间上的头动校正、归一化、平滑等操作降低个体间差异.采用独立分量分析(independent component analysis,ICA)及聚类等方法进行盲源分离和稳定性分析,通过统计检验及组间对比研究女性患者各脑区之间的连接关系及其强弱,进而判断功能连接(functional connectivity,FC)差异,为女性AD患者临床前期诊断提供参考.     

基于近似熵静息态fMRI的大脑功能性别差异研究

引入度量时间序列复杂度的近似熵(ApEn)方法探讨健康年轻成人静息态下大脑功能性别差异.利用功能磁共振成像(fMRI)技术对74名健康年轻成人(其中:男36名,女38名)进行扫描以获取静息态fMRI数据,使用DPABI软件进行数据预处理,采用ApEn方法比较健康男女大脑功能活动,确定健康男女大脑功能活动的差异区域.结果发现,较男性健康组,女性健康组在右侧枕中回、右侧角回、右侧颞中回及双侧楔前叶的ApEn值更高;较女性健康组,男性健康组在右侧梭状回、右侧枕下回、右侧舌回、左侧额中回及左侧背外侧额上回的ApEn值更高.该结果表明,静息态下大脑功能活动存在性别差异,尽管差异区域与以往线性方法得到的结果并不完全一致,但都一致认为这些差异可能与大脑结构以及行为和认知上的性别差异有关.     

基于小波熵的网络成瘾脑电复杂性分析

通过考察青少年网络成瘾患者的脑电复杂性参数即小波熵及其脑电信息图,分析网络成瘾患者与正常人的差异,试图揭示网络成瘾对患者大脑产生的影响,并为网络成瘾综合症的诊断提供依据．分别采集9名网络成瘾者（实验组）和9名正常受试者（对照组）在上网前后的自发脑电,然后对其进行小波熵及其脑电信息图分析．结果发现网络成瘾患者上网前的自发脑电的小波熵值明显低于正常组上网前的自发脑电小波熵值（P〈0．05）,但上网40min后,其脑电小波熵值明显升高（P〈0．05）,此时与正常组无显著性差异;而正常组受试者上网前后的脑电小波熵值没有显著性的差异（P〉0．05）．此结果证实了网络成瘾患者在上网前,其脑电复杂性较低,大脑活动水平较低,而通过网络可以唤起其大脑的活动,因此小波熵值可以作为网络成瘾综合症诊断的客观指标之一．     

多层脑功能网络与单层脑功能网络的对比研究

为探究多层脑功能网络和单层脑功能网络的联系与差异,收集34位健康个体在静息状态下的功能磁共振成像数据,分别构建单层网络和多层网络模型并进行社区检测,分析两种模型的模块划分差异、网络拓扑指标间的联系及脑节点的分类情况．研究结果表明：多层网络的模块数量和质量显著高于单层网络,两种模型的网络拓扑指标间存在显著相关性,多层网络将脑节点划分为21个provincial hubs,49个connector non-hubs和20个peripheral non-hubs．显示了多层网络在研究大脑动态性具有独特优势,揭示了大脑功能的模块化特征,为深入理解大脑动态性提供了重要的思路和方法．