基于fMRI时变特征的大脑状态研究综述

功能磁共振成像技术已被广泛应用于人脑功能活动的研究,使用大脑状态(Brain State)研究大脑动力学得到了研究人员的广泛关注。以往关于大脑状态的综述,通常从状态定义方法的角度进行比较和总结,忽略了底层数据形式的不一致,可能导致对大脑状态的解读多样化。此外,现有综述也缺少对大脑状态分析应用方法的探讨。基于不同的数据形式,回顾了大脑状态的不同定义方法,总结了基于大脑状态进行大脑动力学分析的不同方法,并从大脑状态应用于认知、精神疾病、生理状态等方面的研究,总结出典型的研究方法。最后,发现了大脑元状态的定义与深度学习在特征提取方面具有相似性,从而提出将深度学习应用于大脑状态的识别以及大脑动力学的研究,这是一个有希望的未来方向。

大脑状态指数在老年人丙泊酚靶控输注镇静深度监测中的应用

目的在丙泊酚靶控输注(TCI)镇静的老年患者,评价大脑状态指数(CSI)在无手术刺激条件下监测镇静深度的准确性及年龄的影响。方法ASAⅠ～Ⅲ级患者40例,按年龄分为老年组(E组),年龄65～79岁;中青年组(Y组),年龄20～55岁,每组20例。所行手术不限,诱导插管前均予以丙泊酚TCI镇静,直至改良清醒/镇静评分(OAA/S)为0分后5min停止,每20秒作改良OAA/S,记录CSI和TCI系统预测效应部位浓度值(CE)每变化0.1μg/ml时的数值及时间。计算在丧失语言反应及意识消失时的CE的CE05、CE50、CE95以及CSI05、CSI50、CSI95。结果随着丙泊酚预测效应部位浓度增加,两组CSI逐渐降低,并与OAA/S有较好的相关性,两组比较差异无统计学意义。当OAA/S≤3分时,E组的CSI明显高于Y组(P<0.05)。结论CSI与预测效应部位浓度、改良OAA/S呈高度相关性,可以较好地监测老年人与中青年人的镇静深度,在相同意识状态下,老年人的预测效应室浓度要低于中青年人,其CSI高于中青年人。

基于动态功能连接的运动任务大脑状态表达

针对传统静态功能连接分析技术不能准确反映大脑动态功能状态的问题,提出了一种基于全脑动态功能连接(DFC)分析对大脑的状态变化进行表达的方法。首先,利用个体的弥散张量成像(DTI)数据构建高精确度全脑网络,将运动任务下功能磁共振成像(fMRI)数据映射到相应DTI空间后,提取各节点fMRI信号;然后,采用滑动时间窗口方法计算随时间变化的全脑功能连接强度矩阵,并提取动态功能连接向量(DFCV)样本;最后,将所有个体的DFCV样本通过基于Fisher准则的字典学习(FDDL)算法进行稀疏表达和分类。共得到8个该运动任务下全脑功能连接状态模式,各模式的功能连接强度空间分布具有明显差异,模式1、模式2和模式3占据了大部分样本分布(77.6%),且与平均静态功能连接强度矩阵之间的相似度明显高于其他5个模式。此外,大脑在各模式之间的状态迁移遵循一定的规律。实验结果表明,采用全脑DFC和FDDL学习相结合的方法,能够有效地对任务态下大脑的功能状态变化进行表达,为研究脑动态信息处理机制提供基础。

阿片类药物对大脑状态指数和丙泊酚的效应室靶浓度的影响

目的研究靶控输注(TCI)阿片类药物对丙泊酚麻醉时大脑状态指数(CSI)和改良警觉镇静评分(MOAA/S)的影响。方法80例全麻患者随机分为四组,每组20例。A、B、C组分别TCI芬太尼1.5 ng/ml、雷米芬太尼6 ng/ml和舒芬太尼0.2 ng/ml;D组仅TCI丙泊酚。效应室浓度(EC)稳定10 min后TCI丙泊酚(维持靶控阿片类药物)。丙泊酚靶浓度从0.5μg/ml开始,每5分钟递增0.5μg/ml,试验开始后每20秒行改良警觉镇静评分(MOAA/S)评分,并由电脑实时记录EC值、CSI值及血流动力学各参数值,至MOAA/S为0分后调整以原靶浓度继续5 min停止研究。计算各组5%、50%及95%的患者出现丧失语言反应(LVC)、意识消失(LOC)时CSI和丙泊酚的EC及其95%可信区间。结果与对照组比较,各阿片类药物组LVC和LOC出现在更高的CSI值和更低的丙泊酚的EC值(P<0.05)。结论阿片类药物明显增强丙泊酚的临床镇静效果。

靶控异丙酚诱导时芬太尼对大脑状态指数和异丙酚的效应室靶浓度的影响

目的使用大脑状态指数(CSI)和改良警觉镇静评分(MOAA/S)观察靶控(TCI)异丙酚麻醉时芬太尼的影响。方法40例ASAⅠ-Ⅱ级全麻患者随机分为对照组和芬太尼组(各20例)。芬太尼组靶控芬太尼1.5ng/ml,效应室浓度稳定10min后给予靶控异丙酚(维持靶控芬太尼);对照组则只靶控异丙酚,靶浓度从0.5μg/ml开始,每5min递增0.5μg/ml,试验开始后每20s行改良警觉镇静评分(MOAA/S)并记录实时靶浓度值、CSI值和血流动力学各参数值,至MOAA/S为0分后调整以原靶浓度继续5min停止。结果与对照组比较,芬太尼组丧失语言反应(LVC)和意识消失(LOC)出现在更高的CSI值和更低的异丙酚的效应室靶浓度(EC)值。研究计算得出了两组患者出现LVC、LOC时相应的CSI和异丙酚的EC(μg/ml)及其它们的95%可信区间。结论芬太尼明显增强异丙酚的临床镇静效果。研究得出的相应的各CSI值和异丙酚的各EC值为CSI麻醉深度监测和靶控异丙酚提供了临床应用参考。

大脑状态指数用于老年患者全麻期间麻醉深度监测的临床价值

目的探讨老年患者全麻期间大脑状态指数(CSI)监测的应用价值。方法全麻患者60例,年龄(70±10)岁,随机均分为两组。A组维持CSI于50±5,以此判断麻醉深度并调整用药;B组根据临床经验判断麻醉深度和用药。记录麻醉前(T0)、插管后3min(T1)、切皮时(T2)、探查期(T3)和术毕(T4)时的MAP、HR、SpO2和CSI值,记录苏醒时间。结果 B组T1-T3的MAP、HR普遍低于T0(P<0.05);而A组波动较小。与A组比较,B组T1、T2时的CSI值偏高(P<0.05),2例术中知晓,8例出现苏醒延迟。结论全麻期间依据CSI值用药能维持血流动力学平稳,避免发生术中知晓。

大脑状态指数反映全麻苏醒期意识状态的价值

目的研究大脑状态指数(CSI)对监测全麻苏醒期意识恢复变化的敏感性。方法选择30例全麻下择期行胆囊切除术的患者,术毕采用CSI监测麻醉深度。采用镇静/警觉(OAA/S)评分评估患者全麻后意识恢复程度,并记录不同OAA/S评分时所对应的CSI值。结果 CSI值与OAA/S评分显著相关(P<0.01)。结论 CSI可敏感地反映全麻苏醒期患者意识状态的变化。

体外循环下低温对心脏手术患者大脑状态指数影响

目的:探讨体外循环下低温对心脏手术患者大脑状态指数的影响。方法:择期行低温体外循环下心脏手术患者40例,麻醉诱导及麻醉维持采用靶控输注芬太尼及异丙酚,体外循环开始2药靶浓度维持不变。记录不同时间点大脑状态指数、鼻咽温度、平均动脉压和心率。体外循环后至主动脉夹闭前,鼻咽温度每降低0.5℃记录1次大脑状态指数值;开放主动脉后至停体外循环前,鼻咽温度每升高1℃记录1次大脑状态指数值。结果:体外循环期间各时间点平均动脉压、大脑状态指数与体外循环前、停体外循环后比较差异均有统计学意义(P<0.01);降温与复温期间大脑状态指数与鼻咽温度均呈直线相关关系(r=0.602,r=0.626,P<0.05)。结论:低温体外循环期间,大脑状态指数随体温下降而降低,大脑状态指数是麻醉深度检测的有效指标。

基于大脑状态指数的粒子群优化-模糊麻醉闭环控制

针对麻醉用药的个体差异,术中麻醉维持的复杂性和不确定性,以及当前监测手段存在的缺陷,传统麻醉深度PID控制器不能满足其非线性控制需要,而以往麻醉深度(DOA)模糊控制器的规则完全依赖于经验调节,因此无法达到预期的控制效果。本研究建立了以大脑状态指数(CSI)为反馈变量的模糊麻醉闭环控制系统,并采用粒子群算法同时优化基于CSI的变化和异丙酚输出率之间的模糊控制规则和隶属度函数。通过系统仿真将CSI值的目标设定在40和30,并加入高斯噪声以模拟临床干扰。实验表明,该系统能准确、快速、平稳地达到CSI预设值,且在噪声干扰下,无明显扰动。经粒子群优化(PSO)过的基于CSI模糊控制器应用在DOA闭环控制系统具有较好的稳定性及鲁棒性。

大脑状态指数监测在妇科腹腔镜手术丙泊酚全麻中的应用

目的研究大脑状态指数（CSI）在妇科腹腔镜手术中用于调控丙泊酚的可行性。方法妇科腹腔镜手术患者40例,随机分为两组,每组20例。麻醉诱导均用咪唑安定、芬太尼、丙泊酚、维库溴铵,泵注丙泊酚维持麻醉,并间断适时推注芬太尼和维库溴铵。A组根据CSI（40-60）调整丙泊酚用量。B组丙泊酚用量以临床体征和经验调整。记录SBP、DBP、HR的变化以及手术时间、丙泊酚用量、苏醒时间。结果两组诱导后SBP、DBP低于基础值（P〈0.05）。A组丙泊酚用量少于B组,苏醒时间短于B组（P〈0.05）。结论以CSI指导丙泊酚静脉麻醉,减少了丙泊酚用量,术后苏醒快。

睡眠剥夺影响大脑功能区状态的非线性评价

采用近似熵研究睡眠剥夺(sleep deprivation,SD)对脑认知功能的影响,评价SD引起的大脑功能区状态的非线性变化.12名受试者在正常睡眠和一夜SD之后分别接受视觉注意力测试,记录自发脑电和诱发脑电,采用二维插值构建19导脑电近似熵脑信息图(brain information map,BIM).结果表明,在SD状态下,自发脑电的近似熵在全脑范围内有不同程度的下降,额叶处大脑偏侧性发生变化,复杂度的中心从左脑转移到右脑;前额叶处诱发脑电近似熵值降低,而顶叶和颞叶处则升高.脑电近似熵可以作为指标来评价SD对脑认知功能的负向影响。BIM的变化趋势与从生理学及影像学角度的分析相吻合,与线性方法的研究结论一致,在一定程度上可以反映大脑功能状态,提供一条评价脑功能区状态变化趋势的思路.

大脑功能状态指数对右美托咪啶镇静深度监测准确性的临床研究

目的评价大脑功能状态指数(CSI)监测右美托咪啶(DEX)镇静深度的准确性。方法选择蛛网膜下腔阻滞下行膝关节镜手术患者30例,切皮前10 min开始静脉持续泵入DEX,泵入药物分3阶段,每阶段维持30 min。第1阶段负荷剂量加维持剂量,负荷剂量l g/kg,10 min恒速输注完,维持剂量0.5 g/kg-1.h-1。第2、3阶段维持剂量分别为1.0 g.kg-1.h-1,1.5 g.kg-1.h-1。在镇静过程的90 min内,每隔10 min记录1次CSI值并即刻评估警觉/镇静评分(OAA/S)。结果随着DEX输注剂量的加大,CSI值都有不同程度的降低。OAA/S评分从5逐渐降低至1时,CSI值(中位数)也相应下降。不同级OAA/S评分的CSI值之间均有明显差异(<0.05)。CSI与OAA/S评分呈正相关(=0.705,<0.05)。结论CSI能较为准确地监测DEX的镇静深度。

大课间体育活动对高中生大脑功能状态的影响

为了研究大课间体育活动对高中生大脑状态的影响。本研究运用高级运动状态监控仪采集信息，并比较不同形式大课间体育活动后大脑的状态。研究发现：不同形式大课间体育活动对缓解高中生脑缺血缺氧（p〈0．01）、改善疲劳状态都有明显效果（p〈0．05）；大课间体育活动的运动强度越大，大脑疲劳恢复的效果越好；大课间体育活动可有效改善左右脑不对称（p〈0．01）。

利他林治疗去大脑皮质状态（附3例报告）

应用药物利他林治疗去大脑皮质状态，对其初步疗效进行讨论。

醒脑开窍针法治疗持续植物状态疗效观察

目的观察醒脑开窍针法治疗持续性植物状态(PVS)患者的疗效。方法将24例PVS患者随机分为对照组和治疗组,两组在药物对症处理的基础上,对照组同时配合普通针刺法,治疗组则配合醒脑开窍针法,共治疗6个月,采用PVS疗效评分标准进行疗效判断。结果对照组基本痊愈1例,明显好转2例,好转8例,无效1例;治疗组基本痊愈2例,明显好转5例,好转4例,无效1例。两组患者治疗前后PVS评分差值对比差异有统计学意义(P<0.05)。结论醒脑开窍针法对于持续性植物状态的治疗具有显著疗效。

针刺为主治疗去皮质状态人12例临床观察

为了探索治疗“植物人”的有效疗法，我们在以风府、哑门为主穴针刺治疗脑出血、脑梗塞获得显著疗效的基础上［１，２］，近年来收治植物人状态患者１２例，取得了初步成效，现报告如下。１收治范围［３～５］１．１去皮质状态人的确定一般认为应具有以下８项：（１）意识...