基于脑电图的帕金森轻度认知障碍功能网络特征分析

帕金森氏轻度认知障碍(PDMCI)是帕金森氏症患者痴呆的先兆,这对使用神经评分量表和医生经验等传统方法进行准确诊断提出了挑战。利用26名PDMCI患者和23名正常人的脑电信号,基于定向传递函数构建了Delta、Theta、Alpha、Beta和Gamma频段的脑功能网络。引入了一种新颖的图论特征——效率密度来捕获网络密度和传输效率。研究结果揭示了独特的连接模式,Delta和Theta波段的连接更紧密,而Alpha、Beta和Gamma波段的连接更稀疏。帕金森病(PD)患者与对照组之间的Theta、Alpha、Beta和Gamma频带存在显著差异(p<0.05)。因此,脑功能网络可以有效反映PD脑功能异常状态,效率密度特征可以反映PD脑功能异常活动的特征量。

视觉对人体姿势控制影响的脑功能网络连接机制

目的研究视觉对人体姿势控制影响及其脑功能网络连接机制。方法以15名健康青年为研究对象,要求受试者分别进行30 s睁眼、闭眼的双腿站立平衡,采集平衡过程中身体压力中心(center of pressure,COP)和脑电。对COP进行样本熵(SampleEn)计算;对脑电θ、α和β频段,计算相位滞后指数(phase lag index,PLI)构建大脑功能网络,并基于图论计算集聚系数(C)、特征路径长度(L)及小世界网络属性(σ)。结果人体在双腿站立平衡过程中,闭眼COPY样本熵显著高于睁眼(P<0.05)。闭眼α频段PLI平均值显著高于睁眼(P<0.05);闭眼α频段C、σ显著高于睁眼,L显著低于睁眼(P<0.05)。闭眼时α频段额区-中央区-顶区之间的网络连接以及中央区和顶区内连接强度显著高于睁眼(P<0.05)。闭眼时α频段PLI平均值以及C值与COPY样本熵中度呈中度负相关(P<0.05)。睁眼时左前额区、左顶区、左枕区α频段PLI平均值与COPY样本熵呈中度负相关;闭眼时左中央区、右枕区α频段PLI平均值则与COPY样本熵呈中度负相关。结论人体在站立平衡时,当没有视觉信息输入时,身体平衡稳定性下降,同时伴随着脑电α频段的脑网络连接增强以及大脑处理信息的效率需提升。人体在不同的视觉条件下进行姿势控制时,大脑会采用不同的神经策略。

基于rs-fMRI的2型糖尿病患者动态功能网络连接研究

目的 应用动态功能网络连接(dynamic functional network connectivity, dFNC)分析技术探讨2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者脑功能连接时变性及其动态功能指标与临床指标的相关性。材料与方法 前瞻性纳入31例T2DM患者的临床和影像资料,并记录患者的糖尿病相关生化指标和神经心理学测试得分。同期招募32名年龄、性别及受教育年限相匹配的健康对照(healthy control, HC)。使用滑动时间窗技术进行dFNC分析得到4个功能连接状态及dFNC指标(平均停留时间、时间分数、转换次数)。采用两独立样本t检验计算不同状态内FNC矩阵以及dFNC指标的组间差异,采用Spearman相关分析计算T2DM组dFNC指标与临床指标和认知评分的相关性。结果 在状态1弱连接中,T2DM组与HC组相比,平均停留时间增多(t=2.086,P<0.05)。在状态3局部强连接中,T2DM组与HC组相比,平均停留时间减少(t=-2.250,P<0.05),时间分数减小(t=-2.582,P<0.05),默认模式网络(default mode network, DMN)与视觉网络(visual network, VIS)之间的功能连接减弱(t=-4.875,P<0.05,FDR校正)。T2DM患者的病程与状态1弱连接状态的平均停留时间呈正相关(r=0.42,P<0.05),其他糖尿病相关生化指标和认知功能评分与dFNC指标无相关性(P>0.05)。结论 dFNC分析能捕获更多有关T2DM患者脑网络连接改变的潜在信息,揭示大脑网络复杂多变的时变特征及活动形式,有望为探究T2DM相关认知障碍的神经生物学机制提供新的见解。

基于独立成分分析的终末期肾病患者静态及动态功能网络连接研究

目的:探索终末期肾病(ESRD)患者功能网络连接(FNC)的静态及动态变化特点。方法:收集33例ESRD患者及34例健康对照组作为研究对象。首先基于独立成分分析识别到6个静息态功能网络,即听觉网络、凸显网络、视觉网络、感觉运动网络(SMN)、执行控制网络(ECN)及默认网络。然后比较两组静态功能网络连接(sFNC)和动态功能网络连接(dFNC)相关参数的差异,并与神经心理测试进行相关分析。结果:sFNC分析显示ESRD组ECN与SMN的sFNC强度显著高于健康对照组(P<0.05,FDR校正),而且与执行功能评分[连线追踪测试A(TMT-A)]呈显著正相关(r=0.429,P=0.018)。dFNC分析显示ESRD组状态3的时间分数和平均驻留时间显著低于健康对照组(P<0.05);状态2的时间分数(r=0.503,P=0.005)和平均驻留时间(r=0.412,P=0.024)与TMT-A评分呈显著正相关;状态4的时间分数与焦虑评分呈显著负相关(r=-0.372,P=0.043)。结论:本研究采用独立成分分析的方法揭示了ESRD患者静态及动态功能网络连接的特点,为深入理解ESRD患者神经病理损害机制提供了新视角。

基于静息态功能磁共振成像的慢性意识障碍脑功能网络研究进展

综述基于静息态功能磁共振成像的慢性意识障碍脑功能网络连接变化,旨在为临床诊断和预后评估提供参考价值。慢性意识障碍是由各类脑损伤导致意识丧失超过28 d的病理状态,其诊断、预后预测对临床决策有重要意义。基于静息态功能磁共振成像的脑功能网络连接分析有助于更准确地判断病人意识水平和预后结局。

基于脑功能网络应用案例的图论教学方法研究

图论作为离散数学课程的重要组成部分,通过生动具体的案例教学能够为学生提供更为直观的认识和理解。特别是将科学研究中的具体问题同课本中基本概念的结合更能激发学生的学习热情和求知欲望。文章以脑科学研究中运动想象实验为入口,基于图论基本理论,借助数学工具软件,构建脑功能网络模型。通过求解网络中节点度、补图以及最小生成树等概念加深对图论基本概念的理解,并了解其在表征不同运动想象动作过程中的效果和作用。通过图论理论在脑科学研究中的具体应用案例教学,让学生了解图论理论在科学研究中的应用,激发学生的学习和科研兴趣,提高离散数学中图论教学的质量和效果。

多通道功能性电刺激结合任务导向训练对脑卒中上肢偏瘫患者脑功能网络的即刻影响

目的应用功能性近红外光谱(fNIRS)观察脑卒中上肢偏瘫患者在多通道功能性电刺激(FES)结合任务导向训练诱导下的脑功能网络变化。方法选取2023年4月至10月在盐城市第一人民医院住院治疗的脑卒中偏瘫患者15例,通过掷币决定阳性刺激和阴性刺激的顺序。阳性刺激在多通道FES下行任务导向训练,阴性刺激在伪刺激下行任务导向训练,间隔1 d。每次训练时,采用fNIRS测量患者双侧前额叶皮质(PFC)、前运动皮质(PMC)、辅助运动区(SMA)、感觉运动皮质(SMC)的氧合血红蛋白的浓度,计算总体功能连接强度和感兴趣区的功能连接强度差异。结果与阴性刺激相比,阳性刺激下,大脑皮质总体功能连接强度降低(t=-2.735,P<0.05),损伤对侧PFC-损伤同侧PFC和损伤对侧PFC-损伤对侧PMC的功能连接降低(P<0.05)。结论多通道FES结合任务导向训练可以优化脑卒中上肢偏瘫患者的皮质功能连接。

基于谱图小波的神经精神疾病患者脑功能网络多尺度分析

基于图信号处理,针对神经精神病患者的脑功能网络展开研究,采用谱图小波变换对脑功能网络进行多尺度分析,根据实验数据构建图拉普拉斯矩阵,从中选取最大特征值对谱图小波变换滤波器进行设计。之后结合血氧水平依赖对比度信号计算出受试者各脑区的谱图小波系数,对其进行多尺度组间差异分析,发现脑功能网络在不同频段下的能量分布存有异常,并对对应的异常脑区予以明确。所采用的谱图小波变换是目前针对不规则数据域中信号展开多尺度分析的最有效方法之一,对其他疾病患者脑功能网络多尺度分析研究具有重要的现实意义。

基于多层脑功能网络特征的动作意图识别

基于脑电信号完成对步态特征的解码分析并就动作意图做出可靠识别和预测,是基于脑机接口的人机混合康复训练系统和智能助行机器人中的核心问题。为实现对站立、坐下以及静止状态这些最基本步态过程的分类识别,提出了基于多层脑功能网络分析的特征表示方法,结合对各类脑功能网络特征的统计分析,确定对不同动作敏感的网络特征量,并结合支持向量机、线性判别分析、逻辑回归以及朴素贝叶斯算法完成对不同动作过程的分类识别。实验结果表明,所提出的方法可较好地实现对上述动作意图的识别,针对13名被试者对站立、坐下和静止状态的识别准确率均高于71%,最高达到77%。对多层动态脑功能网络的分析结果表明,下肢运动过程的发生会弱化脑区间的相互依赖关系,导致网络拓扑连接结构变得逐渐稀疏。研究结果对理解下肢运动过程中大脑认知过程变化,开展基于脑机接口的下肢康复策略研究和康复系统开发具有一定的参考价值。

脑功能活动的热集散点和暗网络:脑功能网络调控理论发展

脑(结构/功能网络的)集散点(hubs)有可能是潜在的(功能影像学检查)“热点(hot spots)”吗?如果真有这样的热集散点,能为疾病诊断提供新的生物学标记,或者为疾病治疗提供有价值的干预靶点吗?2013年,Heuvel和Sporns^([1])提出了上述问题。它反映了脑功能影像“以激活程度来界定重要脑区”这一基本准则所面临的挑战。这种挑战来自于迅速发展的脑功能网络建模技术手段和日益积累的脑功能连接研究。以功能连接的强弱或稀疏来界定重要脑区,是正在崛起的另一条准则。当两条准则并驾齐驱时,必然带来这种疑问。本文通过回顾暗质(dark matter)理论和静息态检测的历史来源与应用现状.

经颅磁刺激对强直迟缓亚型帕金森病患者脑功能网络的影响

目的重复经颅磁刺激(r TMS)作为一种无创的神经调控技术,对帕金森病(PD)患者的疗效目前尚未完全明确。本文结合临床量表评估、脑电溯源以及脑功能网络以探讨高频r TMS对强直迟缓亚型帕金森病(AR-PD)患者的作用效应。方法共纳入18例AR-PD患者,利用标准低分辨率电磁断层成像(s LORETA)对脑电信号进行溯源分析,进而通过复杂网络理论构建脑功能网络,从脑区之间协同工作的角度对比分析网络拓扑特征。结果磁刺激后前额叶、初级运动皮层出现显著性差异(P<0.05);与运动感觉产生、运动规划和运动执行相关脑区的网络连通性显著增强(P<0.05)且脑功能网络的拓扑特征平均聚类系数的变化与帕金森病统一评定量表评分的变化存在显著相关性(P<0.05)。结论推测r TMS改善了AR-PD患者在运动感觉产生到运动执行过程中的信息传递能力,本研究可为r TMS对AR-PD患者运动症状的改善作用与感觉运动网络重新整合的关系提供一定的理论依据。

重复经颅磁刺激改善帕金森病运动症状的脑功能网络分析

目的重复经颅磁刺激(rTMS)技术已广泛应用在临床中,实现对神经、精神类疾病的治疗,特别在抑郁症、强迫症中取得较好的临床治疗效果。近年来越来越多的研究将其应用于帕金森病(PD)的辅助、康复治疗,以期缓解患者的运动症状改善运动功能。目前临床中多以PD统一量表、运动任务评估rTMS对运动症状的辅助治疗效果,缺乏对高频rTMS刺激调控作用机制的探究。方法本研究采用10 Hz rTMS刺激肢体症状始发侧对侧初级运动皮层(M1),对比分析刺激前后各脑区神经元活动及其连接性的变化,研究高频r TMS刺激初级运动皮层对PD患者大脑神经元活动的调节作用。结果运动皮层beta振荡增加、gamma振荡降低(P<0.05),额、顶叶脑区间连接性减弱(P<0.05)。结论10 Hz rTMS主要改变了PD患者beta、gamma振荡,其中运动皮层beta、gamma神经振荡的变化可能与磁刺激对运动功能的改善作用有关,而前额叶gamma振荡的变化可能是磁刺激抑制神经元异常放电活动调节患者运动控制功能。

阳极经颅直流电刺激对脑卒中患者脑功能网络的影响

经颅直流电刺激(tDCS)在脑卒中治疗中应用潜力巨大,但其作用效应仍不明确。本研究基于脑电图(EEG)和图论分析探讨阳极tDCS干预对脑卒中患者的作用效应。对15例脑卒中患者施加阳极tDCS真刺激和伪刺激,以随机顺序间隔一周进行两次刺激,每次采集刺激前和刺激后静息态EEG信号。对每次采集的EEG信号,采用皮尔逊相关系数等分析方法研究各个导联间的关联性特征参数。基于分析结果,构建患者刺激前、后的脑功能网络,并分析网络特征参数的变化。结果显示,真刺激后脑功能网络的平均度、平均聚类系数、全局效率以及“小世界”属性值较刺激前均显著增大(P<0.05),特征路径长度显著减小(P<0.05),而伪刺激组相关参数变化未见显著差异(P>0.05)。结果表明,阳极tDCS干预对卒中后恢复性治疗具有积极影响,为其临床应用提供了实验依据。

结合脑功能网络评价中医药治疗克-雅病1例

克-雅病是一种罕见的由朊病毒蛋白诱导的神经退行性脑病,此病平均生存期为6个月,病死率高,预后极差。本报告回顾性分析了北京中医药大学东直门医院收治的克-雅病患者1例,该患者表现为快速进展的痴呆、视觉障碍、明显的锥体外系受损,并迅速进展至昏迷,最终死于重症肺炎,总病程1年4个月。西医缺乏针对该病有效的治疗手段,基于个体的同源脑功能网络分析显示,中医辨治可对延缓疾病进展起到一定作用。本文分析1例克-雅病患者的中医诊治过程,并进行文献回顾,以期加强对本病的认识,探索中医药治疗优势。

精神分裂症患者与健康人不同空间尺度下脑功能网络小世界拓扑属性的比较研究

目的:考察脑区划分的空间尺度对脑功能网络小世界拓扑属性的影响以及对检测精神分裂症患者脑功能网络小世界拓扑属性异常的影响。方法:基于103名精神分裂症患者及110名健康对照的静息态功能磁共振成像数据,首先利用脑网络组图谱(BN)和自动解剖标记(AAL)模板,将全脑按照三种不同尺度进行脑区划分(尺度1:272个脑区;尺度2:53个脑区;尺度3:17个脑区),构建三种不同尺度的脑功能网络,计算其与小世界属性有关的网络拓扑属性,即最短路径长度、聚类系数、标准化最短路径长度、标椎化聚类系数及小世界属性。针对每组受试者比较三个不同尺度间脑网络拓扑属性的差异,并比较每一尺度下精神分裂症患者与健康对照之间的网络拓扑属性的差异。结果:重复测量方差分析结果显示,患者组和对照组的不同尺度间各项小世界相关拓扑属性指标均有显著差异,且随着尺度的增大,两组的聚类系数都呈现出先升后降的趋势,而其余拓扑属性均呈现逐渐升高的趋势。各项小世界相关拓扑属性仅在尺度1下在两组之间表现出显著差异,均表现为患者组低于对照组,而在尺度2和尺度3下,两组之间差异无统计意义。结论:脑区划分空间尺度的不同会导致所构建的脑网络小世界拓扑属性的差异,而精神分裂症患者脑网络小世界拓扑结构的异常在较小尺度(即较精细)的脑区划分的条件下表现更为显著。

基于图论理论探究针刺对无先兆偏头痛患者脑功能网络的研究

[目的]观察无先兆偏头痛患者脑功能网络的拓扑属性改变,探究针刺治疗无先兆偏头痛的中枢效应机制。[方法]纳入20例无先兆偏头痛患者和20例匹配的健康受试者,患者在针刺疗程前后分别进行1次功能磁共振扫描,采用基于全脑体素水平的度中心度(DC)分析方法和基于图论理论的大尺度脑功能网络分析方法,对比无先兆偏头痛患者与健康受试者、患者针刺前后拓扑指标的变化特点。[结果]与健康受试者相比,无先兆偏头痛患者DC降低的脑区有左侧辅助运动区、边缘叶、额回内侧面、左侧扣带回中部,无DC升高脑区,且无先兆偏头痛患者的聚类系数和局部效率明显下降,最短路径、小世界指数、全局效率呈下降趋势。与针刺前相比,无先兆偏头痛患者针刺后的聚类系数、局部效率、小世界指数、全局效率有升高趋势。[结论]针刺治疗能改善无先兆偏头痛患者下降的聚类系数和局部效率等拓扑指标。

针刺治疗原发性痛经脑功能网络连接机制研究进展

人脑在静息状态下存在多个连接网络,它们共同构成脑功能网络,协同完成大脑某部分功能。脑网络间的功能连接可用于分析不同脑区在时间上的相关性,特定功能脑区间的连接异常直接影响原发性痛经的发生发展。针刺可有效调节原发性痛经脑网络间的异常功能连接,从而发挥镇痛效应。功能磁共振成像作为一种可活体研究脑功能的成像方法,已经被广泛应用于针刺的中枢作用机制研究。

精准功能磁共振成像揭示个体化脑功能网络组织

精准功能磁共振成像(precision functional magnetic resonance imaging,pfMRI)是指在单个个体中收集大量fMRI数据的一种数据采集策略,相较于传统fMRI研究中针对每个被试采集少量数据,之后通过组平均揭示认知过程的脑功能规律或是特定人群共享的脑功能特征的方法,该方法的优势在于能够揭示每个个体的大脑特征,因此日益受到研究者的重视和应用。迄今为止,众多研究采用该方法从功能网络组织的个体差异、个体识别、局部区域的功能定位、个体网络枢纽的识别、个体功能网络的发展与可塑性和临床应用六个角度系统揭示了个体化的脑功能网络组织,这些研究成果对未来脑科学研究具有重要启发。未来研究应该重点探讨现有研究所揭示的个体功能网络组织特点与行为表现的关系,通过对数据分析和成像技术的改进减少该方法所需的扫描时间,并尝试将该方法应用到任务态fMRI和多模态数据的融合研究中。

基于功能性核磁共振成像的耳鸣患者脑功能网络改变

耳鸣的神经机制复杂,耳鸣引起的神经活动不止在听觉系统发生改变,也影响着非听觉网络。随着影像学的发展,功能性核磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)应用于大脑可间接代表神经元的活动情况,在耳鸣的研究中得到广泛应用,为耳鸣的神经机制提供了新的见解。本文基于fMRI在耳鸣的脑功能网络的研究进展进行综述,从影像学的角度探索耳鸣的神经活动改变,为耳鸣的诊断和治疗提供新的思路。

基于图论的脑电数据脑功能网络构建研究

为了更好地对脑功能网络拓扑关系进行描述和属性分析,介绍了基于图论的脑功能网络建立方法与步骤,分析了常用的网络拓扑属性,包括节点度、介数中心度、“小世界属性”、特征路径长度等。展开实例对比分析,提出正确、全面地了解基于图论的网络拓扑属性,是进行脑功能网络分析的关键。