脑激活任务区分度的分析及应用研究

大脑在执行不同类型任务时激活模式各不相同,变化很大,各个脑区的变化程度也不同。据此,提出任务区分度计算这一全新的方法。用相似性度量对任务态功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)分析,衡量大脑在执行不同条件时各个脑区激活模式的区分程度,揭示大脑各个区域对任务的表征能力。实验对正常人和狂躁症患者记忆提取任务的fMRI数据进行分析,使用皮尔逊相关分析、余弦相似度分析和欧几里德距离计算3种常用的相似性度量方法,并计算各个脑区的任务区分度。结果表明区分度较高的脑区参与记忆、注意和视觉信息等功能,表明了该方法的准确性和科学性。狂躁症患者在负责记忆和注意等脑区的任务区分度较正常人低,表明患者脑功能受损。此外,研究还发现基于皮尔逊相关分析的区分度计算表现较好。通过与SVM方法的对比证明了该方法在区分不同任务的激活模式时的优越性。综上,基于相似性度量的脑激活任务区分度的方法能够适用于任务态fMRI分析及其相应的脑功能分析。

默认模式网络与任务正网络之间相互拮抗的神经动力学分析

任务正激活与任务负激活的工作机制是认知功能实现的基本要素.这一拮抗关系的失衡或者受损可能会引发一系列严重的退行性神经疾病,然而到目前为止,尚不清楚这种拮抗现象的神经机制.该文基于默认模式网络与任务正网络在突触层面上相互抑制的假设,并结合多种刺激条件下的工作记忆模型,进行了计算机数值模拟.研究结果表明:1)任务正网络与任务负网络之间在神经活动上呈现出拮抗关系; 2)伴随着工作记忆刺激方向数目的增加,任务负网络神经活动的衰减程度会随之增大; 3)当工作记忆相关的脑区其神经活动增加时,任务负网络的神经活动减少;4)并且随着工作记忆任务难度的增加,任务负网络的神经活动会迅速衰减.这些计算结果都与神经科学实验数据是匹配的.由于任务负激活是默认模式网络的主要特征,因此默认模式网络与任务正网络在突触层面上的相互抑制是这两种不同性质网络之间形成拮抗关系的根本原因.

孤独症谱系障碍默认网络与任务正激活网络交互的共激活模式研究

目的探究孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)默认网络关键节点共激活模式异常及其与临床症状严重程度的关系。方法本研究在多中心、大样本的静息态功能磁共振成像数据集ASD脑影像公开交换数据库(Autism Brain Imaging Data Exchange,ABIDE)中筛选被试者,包括ASD患者354例(ASD组)、健康对照者446名(对照组),采用共激活模式分析方法分析ASD默认网络关键节点(内侧前额叶)的共激活模式特征及其与默认网络内部其他节点、任务正激活网络之间的交互异常。采用网络分离指数(network dissociation index,NDI)评估网络内与网络间功能分离的程度,并以NDI为特征采用多变量支持向量回归方法对ASD临床症状进行预测,组间比较采用双样本t检验。结果内侧前额叶处于激活状态时,ASD组默认网络楔前叶的激活较对照组显著降低(t=-4.21,P<0.01),而突显网络的背侧前扣带回和眶额-脑岛联合区的激活较对照组显著升高(t=2.93、2.61,均P<0.05)。且相较于对照组,ASD组默认网络内的NDI显著升高(t=3.63,P<0.01),默认网络(内侧前额叶)与突显网络(背侧前扣带回与眶额-脑岛联合区)间的NDI则显著降低(t=-2.97、-3.31,均P<0.01)。将NDI作为特征放入支持向量回归模型中,可预测ASD的社交、言语缺陷及疾病严重程度(r=0.191、0.216、0.186,均P<0.01)。结论静息态下ASD患者内侧前额叶的共激活模式存在异常,默认网络内部的功能整合协同能力下降,并且与任务正激活网络的功能分离程度也降低,这种异常的网络功能模式与临床症状密切相关。

精神分裂症患者任务正激活网络效应连接的初步探索

目的 探讨精神分裂症患者在工作记忆任务状态下和静息状态下,任务正激活网络（突显网络、中央执行网络及背侧注意网络）的效应连接特点.方法 纳入42例精神分裂症患者及43名健康对照,运用基于频谱的动态因果模型分析方法（spectral dynamic causal modeling,spDCM）,使用任务态下激活差异显著脑区提取突显网络、中央执行网络及背侧注意网络的感兴趣区种子点,分析上述脑网络在任务和静息态下的效应连接情况;并对存在差异的连接与临床症状及工作记忆表现进行多元线性回归分析.结果 在静息状态下,患者背侧注意网络中的左侧额动眼区（后验参数=-0.25）及左侧顶上小叶（后验参数=-0.16）的自连接减弱,而突显网络中的前扣带回到左侧额动眼区兴奋性连接增强（后验参数=0.17）;在任务状态下,患者左侧额动眼区自连接减弱（后验参数=-0.16）,中央执行网络中的背外侧前额叶皮质（后验参数=0.20）自连接增强.相关分析结果显示,上述差异连接与健康对照的工作记忆成绩[R2=0.22,F（2.42）=5.84,P=0.006]以及患者的临床症状评分[R2=0.19,F（3.38）=3.12,P=0.040]相关.结论 不同状态下的任务正激活网络中,精神分裂症患者均存在异常效应连接.

精神分裂症患者固有网络的功能磁共振成像的研究

目的:用功能磁共振成像(fMRI)检测精神分裂症患者静息状态固有网络功能连接方面的差异,探讨疾病特异性的生物学标记,为理解疾病机理发病机制和临床诊断提供新线索和依据。方法:对25例精神分裂症患者、25例健康同胞和25例健康对照进行静息状态的fMRI资料采集。结果:精神分裂症患者、健康同胞和健康对照共同的固有网络内两两脑区之间的功能连接比较发现有三条异常功能连接:左侧前额叶背外侧(DLPFC)与右侧额下回(IFG)之间的功能连接,左侧颞下回(ITG)与扣带回后部皮质/楔前叶(PCC/PCu)之间的功能连接,双侧ITG之间的功能连接;LSD法发现,在任务负激活网络(TNN),精神分裂症患者和健康同胞均存在双侧ITG的功能连接升高,而仅精神分裂症患者存在PCC/PCu和左侧ITG的功能连接升高;在任务正激活网络(TPN),仅精神分裂症患者存在左侧DLPFC和右侧IFG的功能连接升高。未发现分属TPN和TNN的两两脑区之间的功能连接差异。结论:精神分裂症患者及其健康同胞均存在固有网络的功能连接升高。精神分裂症的病理生理基础与TNN和TPN的功能连接增强有关。TNN的功能连接升高提示患精神分裂症的风险升高,并与精神分裂症的遗传易感性相关。