急性轻度创伤性脑损伤患者的个体形态学脑网络研究

目的探究急性轻度创伤性脑损伤(mild traumatic brain injury,mTBI)患者个体形态学脑网络的拓扑属性改变。材料与方法共纳入43例mTBI患者和37例健康对照(health control,HC),采集所有受试者高分辨率T1WI的图像,使用Freesurfer软件对数据进行预处理得到5个形态学指标(皮层厚度、灰质体积、脑表面积、脑沟深度、平均曲率)脑图并构建个体形态学脑网络,使用图论分析的方法计算网络拓扑属性,通过双样本t检验比较组间差异,并采用错误发生率(false discovery rate,FDR)对结果进行多重比较校正。结果与HC组相比,mTBI组左侧额极横回(t=-2.186,P=0.032)、中央沟(t=-2.617,P=0.011)、外侧沟水平支(t=-2.456,P=0.016)和右侧枕极(t=-2.013,P=0.048)的节点度中心性(degree centrality,DC)增高,左侧额极横回(t=-2.182,P=0.032)、中央沟(t=-2.226,P=0.029)、外侧沟水平支(t=-2.440,P=0.017)和右侧楔前叶(t=-2.207,P=0.030)的节点效率(nodal efficiency,N_(e))增高,与认知和执行功能相关;左侧楔叶(t=2.173,P=0.033)、角回(t=2.498,P=0.015)、海马旁回(t=4.009,P<0.001)的节点DC下降,左侧颞上回极平面(t=2.394,P=0.019)、角回(t=2.668,P=0.009)、海马旁回(t=4.671,P<0.001)、胼胝体沟(t=2.189,P=0.032)的N_(e)下降,与记忆和情绪调节相关。对于全局拓扑属性,二者差异无统计学意义(P>0.05)。结论急性期mTBI的个体形态学脑网络仍保持了小世界属性。mTBI异常增高的节点DC和N_(e),主要集中在与认知和执行功能相关的脑区,反映了大脑对认知功能的应激性代偿;异常减低的节点DC和N_(e),主要集中在与记忆、情绪调节相关的脑区,揭示了急性期的认知和情绪变化。这为急性期mTBI的研究提供了新的角度,对其大脑网络改变机制的探索提供了进一步线索。

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、儿童以及青少年大脑发育中的研究,总结了脑形态网络的发育规律,最后指出了该技术目前存在的问题与面临的挑战.