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.     

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.     

大学新生网络成瘾的静息态脑功能结构特征

为了找出涉及网络成瘾(IAD)机制的关键脑区,同时探查IAD者脑功能和结构特征,招募IAD组和对照组大学新生被试,扫描和比较分析静息态功能磁共振和结构磁共振数据.结果表明:网络成瘾者的右枕叶和右舌回的静息态脑自发活性呈亢进,左眶额叶呈降低;右海马旁回、右枕叶和右舌回的皮层灰质密度显著降低;右枕叶的功能和结构异常水平都与网络成瘾量表(IAT)分显著相关.右枕叶在网络成瘾的发病机制中的作用值得进一步探察.     

成人注意缺陷多动障碍额叶网络异质性

神经影像学研究表明注意缺陷/多动障碍(ADHD)与额叶-纹状体网络功能异质有密切关系。利用静息态功能磁共振数据,探讨成人ADHD组和健康对照组的功能连通性(FC)是否有差异。获取成人ADHD组(N=20)和健康对照组(N=20)的血氧水平依赖(BOLD)信号,以腹内侧前额叶皮质(vmPFC)为感兴趣区进行功能相关分析,使用皮尔森相关系数为衡量功能相关强度的指标。经两样本统计分析,成人注意缺陷多动障碍组左侧眶额叶、右后外侧前额叶皮层、角回与vmPFC正相关性较对照组均存在显著的增强(p<0.01,经Alphasim);成人注意缺陷多动障碍组较对照组右侧背外额中回与vmPFC负相关性有所下降(p<0.01,经Alphasim)。进一步证明了前额叶与其他脑区的连通性存在差异,成人ADHD前额叶默认网络存在功能失调。     

运动态人脑默认模式网络脑电信息传递动力学行为分析

为探究人体进行运动相关任务时大脑默认模式网络与其他脑区间的连接规律，基于运动及运动想象脑电信号公开数据集，通过快速傅里叶变换对不同状态下的脑电信号划分频段并进行滑动加窗处理，得到静息与运动态下同皮层不同频段的平均时间序列。采用动态传递熵的构造方法，分析默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互，并在多个数据集下进行显著性检验。将动态传递熵的分析方法结合逻辑回归、决策树、XGBoost算法对不同任务进行分类研究，结果表明：大脑不同皮层功能区在进行不同任务时具有显著差异；相较于静息态，前额叶皮层和运动皮层在运动过程中更加活跃，γ频段相较其他频段也更加活跃；相较于静息态，运动态及运动想象态下默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互都更强烈，其结果在不同样本空间的显著性检验P值小于0.025,此方法稳健；脑电信号动态传递熵方法可以将机器学习算法的分类准确率提高20%以上。研究可为运动态脑电信号辨识提供理论参考。     

静息态脑区的活动特征研究

静息态脑区的活动处于一种相对稳定的状态。但是,静息态机能性磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)实验中,被试者可能会受到各种噪声的影响,因此,统计分析所得到的静息态脑区的活动强度和体素数都可能受此影响。为了更进一步研究静息态脑区的活动特点,分别对16名被试采集了8′14″的静息态fMRI数据,将这些数据按照时间等分为5个部分,对每个部分分别采用低频振幅方法进行分析。实验结果显示:楔前叶和后扣带皮层包含活动体素的个数随时间变化较小,处于一种相对稳定的状态;额内侧皮层和顶下小叶中活动体素个数随时间变化差异较大,处于不是很稳定的状态。实验结果表明,静息态脑区中,楔前叶和后扣带皮层对于外界噪声的干扰不敏感,额内侧皮层和顶下小叶对于外界噪声比较敏感。     

探测静息状态大脑活动的关键区域

负激活作为一种定量分析静息状态脑活动的方法对脑功能成像研究具有重要意义．文中关注不同认知任务下的负激活信息,结合复杂网络理论,提取三个试验任务(符号方向判别、数字加和与汉字字形认知)的负激活点分别构建网络,发现三个网络均具有小世界特性．同时计算了网络的度值和介数值,推测出扣带回\楔前叶,额叶是静息状态下大脑活动的关键区域．提出了一种研究静息状态下大脑活动的新方法,通过这种方法获得的信息不同于体素逐点分析获得的局部激活信息．它反映了大脑任意两个体素点间的关联性以及在静息状态下大脑活动的整体协作关系．     

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.     

基于相邻数据依赖性的功能核磁共振混沌分析

为揭示大脑功能活动的非线性特征信息,进而全面揭示大脑内部活动机制,提出一种度量大脑功能活动的相邻数据依赖性(dependence of neighbor subseries,DN)分析方法.采用DN方法分析大脑功能磁共振数据,提取大脑功能活动的非线性特征信息,并将该方法应用于健康男性组与健康女性组大脑功能活动的比较,验证该方法的可行性、有效性.结果表明,较男性健康组,健康女性组在右侧眶部额下回、右侧脑岛、右侧海马、双侧前扣带和旁扣带脑回、左侧内侧额上回、双侧中央前回、双侧中央后回、右侧岛盖部额下回、左侧缘上回的DN值更高,并解释了这些差异可能与大脑结构上及行为和认知上的性别差异有关,通过对比,分析DN方法与局部一致性(regional homogeneity,Re Ho)方法确定的差异区域,发现DN方法可以提取Re Ho方法无法提取的大脑功能活动的非线性特征信息.在一定程度上,这说明将该方法应用于大脑功能活动的研究是可行的、有意义的.     

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...     

参与中文配对词语联想学习记忆的脑区和神经机制——脑功能磁共振的研究

通过脑功能磁共振技术,研究健康人参与语言的词语配对联想学习记忆任务的脑区和神经机制。对16名右利手健康志愿者进行一项词语配对联想学习记忆任务作业的同时,进行脑功能磁共振扫描。实验采用组块设计,实验任务（包括记忆编码相和记忆提取相）与对照任务（共两个相）交替进行;数据采用SPM99软件进行数据分析和脑功能区定位。结果表明：左侧额叶,特别是左侧额叶的额中下回和枕叶的18,19区在词语联想学习记忆的编码阶段中起重要作用;而左侧顶上小叶、缘上回和角回则在进行记忆提取阶段起重要作用;左侧纹状体边缘区参与了人脑词语联想学习记忆作业的编码阶段。揭示了人大脑完成语言联想学习记忆任务时,除额、顶、枕和颞叶的皮层结构参与外,还新发现有皮层下结构如纹状体参与了词语联想学习记忆。在配对词语的编码和提取阶段,激活的脑区有所变化,显示了这两个语言阶段的神经活动变化机制。     

基于格兰杰因果分析的MCI脑网络分类研究

使用静息态fMRI脑数据,构建了基于格兰杰因果分析的有向功能脑网络,对正常对照组和轻度认知障碍的早期和晚期进行识别。在特征选择部分,有向脑网络的局部属性和全局属性被施以双样本t检验,三组间具有显著差异的属性被选作分类特征;接着,支持向量机算法被应用于后续的分类。最后,运用单因素方差分析探测三组间两两均具有显著差异的脑区信息。实验结果表明,本研究取得了较好的分类效果,颞中回、楔前叶、海马旁回等许多脑区在3个考察组中均体现出了显著性差异,这与已有研究的结果基本一致。     

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.     

图形创造性思维脑部机制的功能磁共振研究

采用现代认知神经科学手段研究创造性思维背后的神经机制已成为新的热点.大量疾病状态的研究提示正常人在从事创造性活动时可能存在一个左侧半球对右侧的抑制机制,对其去抑制可以导致图形创造力突然增加,然而这一假说尚无直接证据.对26名健康志愿者(15名女性,11名男性,平均年龄22岁)进行了磁共振扫描,在他们做图形想象任务时观察其脑部活动,研究发现:相对于非创造性图形想象,创造性任务激活了左侧前额叶(ROI分析,p=0.037),但与此同时右侧前额叶(ROI分析,p=0.007)及后部皮层区域(FWE校正,p<0.05)大量去激活.结果提示在图形创造性活动中,左侧前额叶可能抑制了右侧半球的活动,这一抑制的解除可以使右侧功能得以自由发挥而提高图形创造力.     

长期参与有氧运动大学生执行功能相关脑网络特征

本研究旨在探索长期参与有氧运动的男性大学生执行功能相关脑网络的特征,并与静坐少动的对照组进行比较。收集15名规律参与有氧运动的男性大学生以及15名静坐少动对照组男性大学生脑结构及静息态功能磁共振成像数据。使用度中心度和独立成分分析两种方法评价脑网络特征：计算并提取14个执行功能相关脑区度中心度值（degree centrality, DC）,采用独立成分分析方法（independent component analysis, ICA）提取四个与执行功能相关的脑网络成分。组间对比发现：1）有氧运动组双侧后扣带回皮层以及双侧海马区度中心度水平显著高于静坐少动组（p < 0.05）,而静坐少动组右侧顶下小叶度中心度水平显著高于有氧运动组（p < 0.05）;2）有氧运动组在默认网络、背侧注意网络及腹侧注意网络均有脑区激活高于静坐少动组,峰值分别出现在右颞下回、颞极以及左腹侧后扣带回（AlphaSim校正,p < 0.001）;而静坐少动组腹侧注意网络在左侧在壳核高于有氧运动组（AlphaSim校正,p < 0.001）。研究结果表明：长期参与有氧运动的大学生,其执行功能相关脑网络激活模式优于静坐少动大学生,而这种差异主要是通过增加海马和后扣带回皮层而不是额叶皮层在脑网络中的重要性来实现的。     

广州话-普通话左额下回加工的空间分布

目的:探讨广州话和普通话左额下回激活的坐标位置及信号强度.方法:材料为黑白线条图,被试是12名广州话大学生,任务是进行图片命名,磁共振采集实验数据.结果:广州话与普通话共同激活左额下回、右枕中回和右楔前叶.广州话额外激活右额上回、右顶下回和左楔前叶.普通话额外激活左小脑嘴峰、左扣带回、左额上回和左缘上回.左额下回感兴趣区内,广州话激活左前额叶腹外侧皮层(BA47)和背外侧皮层(BA9),普通话只激活额叶背外侧皮层(BA9),广州话激活体积大于普通话.结论:两种语言左额下回有不同的空间位置,早期形成的语言在左额下回BA47区加工,晚期形成的语言分布BA47区的周围,支持早期、晚期语言不同加工脑区理论.     

基于静息态杏仁核亚区功能连接观察高压氧治疗对TBI患者认知功能障碍的影响

目的 基于静息态杏仁核亚区功能连接观察高压氧治疗对创伤性脑损伤(TBI)患者认知功能障碍的影响.方法 将61例行高压氧治疗和61例行非高压氧治疗的TBI患者分为高压氧组和对照组,比较两组患者治疗效果.采用酶联免疫吸附实验测定两组患者血清S100-B、神经元特异性烯醇化酶(NSE)、血清髓鞘碱性蛋白(MBP)水平;采用简易精神状态量表(MMSE)和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)对两组患者治疗前后的认知功能进行评价;观察患者治疗前后的杏仁核亚区功能连接情况.结果 治疗后,高压氧组认知功能及总有效率高于对照组(P<0.05);神经元特异性烯醇化酶(NSE)、血清髓鞘碱性蛋白(MBP)及血清S100-B水平则低于对照组(P<0.05);左侧杏仁核右侧眶部额下回(ROIFG)、右侧脑岛(RINS)、右侧背外侧额上回(RDSFG)、左侧前扣带和旁扣带脑回(LACG)、右侧杏仁核左侧岛盖部额下回(LOPIFG)、左侧脑岛(LINS)分别与MMSE评分、MoCA评分呈明显的正相关关系,分别与MBP、NSE、S100-B呈明显的负相关关系(P<0.05),右侧杏仁核左侧背外侧额上回(...     

基于低频段光诱发的EEG和fMRI同步化特性分析

采用脑电和功能磁共振成像同步技术,研究低频段光(θ波段)诱发的脑电信号及脑局部激活分布的同步化特性,旨在探索脑功能激活区和脑电相关区域存在可能关联.通过定量分析志愿者脑电θ波在刺激与静息2种状态下的功率谱,研究发现θ波功率在枕部(O2)、顶部(P4)、中央(C3)和颞部(T6)等区域均有较明显的增强.通过分析光刺激前后fMRI扫描图像序列,由Fixed effects模型分析发现志愿者枕叶(-3.42,-92.98,-4.77)、后扣带回(-8.00,-65.72,11.17)有较明显正激活,前额叶(7.97,42.21,39.63)、顶叶(-8.00,-54.36,49.87)、颞叶(-39.84,3.59,-22.98)、中脑(-3.42,-25.95,-7.04)等有明显的负激活.对EEG与fMRI信息的同步化特性初步分析表明光刺激脑电信号变化与局部脑激活局部区域(如枕叶)有较强的一致性.     

额叶皮层损伤对大鼠基底前脑胆硷能神经元的影响

为探讨前额叶皮层局限性损伤对大鼠学习、记忆功能及基底前脑胆硷能神经元的影响。用外科手术造成大鼠 1侧前额叶皮层局限性损伤后不同时间 ,用Y型迷宫检测学习、记忆功能 ,用组织化学技术检测基底前脑含乙酰胆硷酯酶 (AchE)活性神经元。结果为前额叶皮层损伤后 1周 ,动物学习、记忆功能有所障碍 ,损伤同侧的基底前脑胆硷能神经元有所减少 ,但均无统计学意义。损伤后 2、3、4周 ,动物学习、记忆障碍明显 ,损伤同侧基底前脑胆硷能神经元明显减少 (P <0 .0 5) ,且两者变化相平行。结论为单侧前额叶皮质局限性损伤不仅可引起动物学习、记忆功能障碍 ,且可引起同侧基底前脑胆硷能神经元丢失 ,两者发展且相平行 ,提示基底前脑胆硷能神经元逆行性变性在动物额叶皮层损伤引起的学习、记忆障碍中起作用。     

油橄榄叶提取物联合美沙酮对海洛因成瘾大鼠的脑组织结构及单胺递质的影响

目的:观察油橄榄叶提取物(olive leaf extract,OLE)联合美沙酮对海洛因依赖大鼠的脑组织结构及单胺递质的影响。方法:将28只健康大鼠随机分成正常组、模型组、OLE+美沙酮处理组和美沙酮处理组。按递增法采用皮下注射海洛因建立海洛因依赖大鼠模型,造模后药物处理30 d,在光学显微镜下观察大脑额叶皮层细胞结构的变化,利用荧光分光光度法检测脑中单胺类递质的含量。结果:与正常组相比,模型组海洛因依赖大鼠出现大脑额叶皮层结构不清、神经元发育不良、皮层厚度减小、脑单胺类递质含量明显增高;与模型组相比,OLE+美沙酮处理组和美沙酮处理组的大鼠大脑额叶皮层结构清晰、皮层厚度增加、脑单胺递质含量显著降低。结论:OLE联合美沙酮明显改善了海洛因依赖大鼠的戒断症状,保护了脑组织,其作用机制可能与脑内单胺递质的改变有关。