基于fMRI探讨针刺治疗卒中后运动障碍的研究进展

脑卒中具有高发病率、高致残率的特点,运动功能障碍作为脑卒中患者的常见伴随症状,严重影响了患者的生活质量。本研究利用功能磁共振成像(fMRI)这种具有极高空间分辨率的评估手段,结合局部与全局的fMRI研究方法,综述近年来国内外相关研究进展,探讨卒中后运动障碍的脑功能变化,并对针刺促进卒中后运动障碍康复的中枢机制进行探索,以期为针刺治疗卒中后运动障碍提供理论依据。

基于模式识别的高水平运动员RS-fMRI数据分类研究

为弥补传统的广义线性模型(generalized linear model,GLM)方法的不足,并探索模式识别在运动脑科学当中的应用价值。使用支持向量机(support vector machine,SVM)模式识别算法,以低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)和度中心度(degree centrality,DC)作为学习特征,对射击运动组和滑冰运动组(分类1)、射击运动组和对照组(分类2)以及速滑运动组和对照组(分类3)之间进行二分类,并计算每一个脑区在分类算法当中的权重。使用留一交叉验证法计算分类正确率,使用总的准确率、接受者操作特性曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)、以及预测准确率来衡量机器分类算法的优劣性。结果表明:分类1中SVM算法的正确率较高且分类效果更稳定,总的准确率(total accuracy,tACC)可以维持在96.67%以上,曲线下面积(area under curve,AUC)均为1,说明SVM算法对区分不同项目运动员脑静息态功能特征时更有优势;在分类2和分类3中,SVM算法效果取决于使用的指标。其中,使用fALFF或者综合使用三个静息态指标的分类效果较稳定(tACC均在80%以上,AUC均在0.88以上);小脑在分类1算法中占较多的权重,提示不同运动项目运动员的脑功能活动之间差异最明显的部位主要在小脑上。而分类2和3中,除了小脑,还有一些与运动执行和控制及其他功能活动相关的脑区参与了算法的构成。通过SVM分类算法的应用获得较为理想的结果,展示了模式识别方法在运动科学领域的应用价值。研究成果有助于体育科学研究者从新的角度更加全面地理解运动与脑的关系。

太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化:基于运动表象的fMRI研究

为了解太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化特点,本研究共招募29名太极拳零基础被试(19名实验组被试,10名对照组被试),采用多时点纵向追踪设计,借助于功能磁共振成像技术,采集技能学习早期不同时点被试完成运动表象任务时的行为和脑功能数据。结果发现:(1)太极拳技能学习早期,技能水平表现出先慢后快的变化特征,运动表象质量也具有变好的趋势;(2)随着太极拳技能水平的提高,运动表象任务诱发的左侧颞上回和左侧楔前叶的激活显著增强,且同样表现出先慢后快的变化特征;(3)相关检验发现,左侧颞上回和左侧楔前叶的激活与运动表象质量以及太极拳技能水平具有中等程度的相关。研究表明,太极拳技能学习早期,左侧颞上回和左侧楔前叶会伴随着太极拳技能水平的提高而发生改变,太极拳技能学习有助于优化与序列动作学习有关的脑区功能。

基于BOLD-fMRI技术探讨针刺治疗失眠的研究展望

针刺治疗失眠被广泛应用于临床,通过针刺腧穴可以调节神经中枢代谢功能,但具体作用机制比较复杂。应用功能磁共振成像(fMRI)技术可以从影像学角度研究针刺治疗失眠的脑响应区,进而对其中枢机制进行剖析。分析基于fMRI针刺治疗失眠的相关文献,发现主要集中在静息态及任务态fMRI方面,即血氧水平依赖功能磁共振成像(bold-fMRI)脑激活区的研究。研究结果证实,认知、情绪调控相关脑区神经元被激活,达到治疗失眠的作用。本文对近些年代表性研究进行归纳总结,以期为后续针刺治疗失眠脑效应机制的探索提供参考。

fMRI揭示日中双语者的语义和读音加工脑机制

目前,双语者大脑加工机制的研究已经取得了一些成果,加工任务和双语语言字符类型的不同都会给结果带来一定的争论性,对正字法相似但语义和读音不同的双语者脑机制的研究仍需进一步探讨。实验首次使用多体素模式分析(MVPA)对15名日中双语者在日文汉字和中文汉字的词汇语义和读音任务下生成的功能磁共振成像(fMRI)数据进行分析,进而解码大脑加工机制。结果发现,在语义加工过程中,两种语言在额下回岛盖部(PO)、颞中回(MTG)、颞上回(STG)以及双侧角回(AG)具有显著的激活差异。在读音加工过程中,两种语言在左侧缘上回(SMG)的差异尤为显著,而在右侧STG则无明显差异。

主观认知下降及轻度认知障碍患者默认网络的静息态fMRI研究

目的分析主观认知下降(SCD)和轻度认知障碍(MCI)默认网络(DMN)的异常改变,揭示其演变规律,以期为阿尔茨海默病(AD)的早期诊断提供影像学依据。方法纳入SCD患者35例,MCI患者88例,健康对照(HC)者32名。收集受试者的相关临床数据、神经心理学量表评估数据以及3D-T1WI及静息态血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD-fMRI)数据。以后扣带回(PCC)作为种子点,分析SCD、MCI的DMN功能连接变化。结果与HC组相比,SCD组双侧前扣带回(ACC)的功能连接降低,右侧额下回的功能连接增强;MCI组双侧海马及海马旁回、右侧额上回/左侧ACC、部分右侧颞中回/角回的功能连接降低,右侧中央前回、双侧岛叶/双侧额下回、右侧中扣带回/右腹侧ACC、右侧补充运动区、左侧小脑的功能连接增强。结论随着疾病的进展,MCI在SCD的DMN功能连接变化的基础上出现了更为广泛的功能连接异常,提示了SCD是介于MCI和正常老年人之间的中间阶段。

乳腺癌化疗脑局部一致性异常的静息态fMRI研究

目的通过局部一致性(ReHO)来探讨乳腺癌患者化疗后长期认知功能水平及其与神经心理学量表和血液生化指标的相关性。方法选取29名化疗后的乳腺癌患者(C+)和28名未经化疗的同龄乳腺癌患者(C-)进行静息态功能磁共振检查、神经心理学量表测试和血液学检查。结果与C-组相比,C+组运动疲劳、认知疲劳、感知认知障碍、他人的评价、对生活质量的影响评分得分增高,感知认知能力得分降低,差异有统计学意义(P<0.05),提示C+组认知能力下降。C+组左内侧和旁扣带回SmReHO值降低,左侧颞极:颞中回、右侧颞上回、左侧中央后回、右侧补充运动区SmReHO值升高(体素水平FWE校正,P<0.01)。相关性分析显示C+组右侧颞上回SmReHO值与数字符号实验、对生活质量的影响评分呈正相关,左内侧和旁扣带回SmReHO值与感知认知能力呈负相关,右侧补充运动区、左侧中央后回SmReHO值与胆固醇水平呈负相关。结论乳腺癌化疗患者长期存在认知功能损伤和脑功能活动异常,ReHO改变可能是其病理基础。

基于fMRI技术探讨针刺太溪穴对血管性痴呆患者脑功能的影响

目的:观察针刺太溪穴对血管性痴呆(VD)患者脑激活区分布规律的影响,探讨针刺太溪穴治疗VD的中枢效应机制。方法:分别采集18名VD患者针刺右侧太溪穴任务态fMRI数据,应用DPARSF、统计参数图(SPM12)及XJVIEW软件对数据进行后处理和统计分析。结果:针刺VD患者太溪穴正激活脑区:左内侧额上回,右侧额中回,右侧额上回;负激活脑区:左侧枕下回,双侧距状裂周围皮层,右侧颞中回,左侧后扣带回,左侧梭状回,右侧海马回,左侧枕中回,右侧角回,右侧缘上回。结论:针刺VD患者太溪穴发挥良性的双向调节作用,实现高级认知区、体感区、边缘系统和视觉听觉皮层的功能再平衡,也证实了针刺太溪穴治疗VD患者的有效性和可行性。

深度学习在阿尔茨海默病fMRI图像分类中的研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种多见于85岁以上老人的神经系统变性疾病,其特征多表现为失语,记忆障碍等。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是医生诊断AD的重要工具。目前,深度学习已在声音,图像,文字等数据领域取得突破性的进展,其在AD的fMRI图像分类中的应用也成为了研究热点。本文首先回顾了深度学习的概念;然后介绍了基于深度学习的AD的fMRI图像分类中的几种方法,包括卷积神经网络方法,循环神经网络方法,图神经网络方法;最后对未来的发展进行展望,为后续研究提供参考。

rs-fMRI分析方法用于失眠患者脑功能研究的进展

失眠是影响人体身心健康的生理心理性疾病,严重失眠可导致相关脑区的功能改变。静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术是目前脑功能研究的主要手段,其常用的分析方法包括局部脑区数据分析法(局部一致性、低频振幅、比率低频振幅)和脑区之间静息态功能连接分析法(独立成分分析、种子点功能连接分析、向中心度分析、体素镜像同位分析、图论分析)。该文总结了rs-fMRI分析方法在失眠脑功能研究中的应用,以期为失眠脑功能的深入研究提供资料。

针刺治疗缺血性脑卒中运动功能障碍康复BOLD-fMRI研究进展

缺血性脑卒中(ischemic stroke, IS)为我国首要致死致残疾病,70%患者并发运动功能障碍,针刺已成为一项早期重要辅助治疗手段。近年来,血氧水平依赖功能磁共振成像已成为研究针刺卒中的最常用方法。本研究从局部一致性、低频振幅等代表的局部功能传统体素分析和动态功能连接(dynamic functional connection, DFC)分析、图论分析等代表的复杂全脑网络分析研究成果比较入手,综述了针刺IS运动功能障碍研究从局部功能延伸至全脑功能分析,从体素研究向脑网络研究转化,并正在进一步向全脑整体网络研究深入的转变历程及利弊,进而提出目前该类研究已从基于单纯感觉运动网络(sensory motor network, SMN)映射的运动完成研究逐步过渡到基于默认网络(default mode network, DMN)映射的运动认知研究,但尚未完全普及。本综述为针刺IS运动功能障碍研究提供如灵活运用任务设计,围绕SMN及DMN双动态网络,采用DFC、图论等全脑网络分析针刺前后运动功能连接及属性变化等方法学指导及理论支持,从而更好地阐释针刺IS运动功能障碍康复机制并指导临床。

T2DM伴认知灵活性减退患者纹状体-背外侧前额叶皮质通路变化的fMRI观察

目的:观察2型糖尿病(T2DM)伴认知灵活性减退患者的静息态功能连接(FC)特征改变及其与认知灵活性的相关性。方法:回顾性分析24例T2DM伴认知灵活性减退的患者(T2DM+CD)、34例不伴认知灵活性减退的T2DM患者(T2DM-CD)以及31例健康对照(HC)。分别对三组受试者使用威斯康辛卡片分类测试(WCST)、斯特鲁普色词测验(Stroop)评估认知灵活性及功能磁共振(fMRI)扫描,观察三组受试者认知灵活性差异、双侧(L. and R.)纹状体(ST)与背外侧前额叶皮质(dlPFC)之间FC的差异,然后分析了认知灵活性与ST-dlPFC通路FC之间的相关,最后进一步分析了T2DM患病状态和认知灵活性对FC改变的交互效应。结果:与T2DM-CD患者及HC相比,T2DM+CD患者WCST总应答数、错误应答数、持续应答数以及用时明显增多,而正确应答数明显减少;Stroop中T2DM+CD患者的正确数、字色矛盾正确数以及字色无关正确数均低于HC。T2DM+CD患者L.ST-L.dlPFC、R.ST-L.dlPFC、R.ST-R.dlPFC之间的FC减低,R.ST-R.dlPFC之间的FC减低与认知灵活性量表评分相关,且T2DM患病状态和认知灵活性对FC的改变存在交互效应。结论:ST-dlPFC之间的FC减低是T2DM特异性认知灵活性受损的神经机制。

儿童失神性癫痫的静息态fMRI指标一致性分析

目的观察不同静息态功能磁共振成像(fMRI)指标在反映癫痫活动时的一致性及关系。方法回顾性收集2010年2月至2021年9月于金陵医院明确诊断为儿童失神性癫痫(CAE)的18例患儿(CAE患儿组),行同步EEG-fMRI数据采集后截取44段发放状态fMRI数据,同时纳入并采集94名正常儿童(正常对照组)的静息态fMRI数据。计算每个受试者低频振幅(ALFF)、分数低频振幅(fALFF)、局域一致性(ReHo)、功能连接密度(FCD)、长程功能连接密度(Long FCD)、短程功能连接密度(Local FCD)、流入格兰杰因果连接密度(GCD_in)、流出格兰杰因果连接密度(GCD_out)、净流入格兰杰因果连接密度(GCD_int)、Hurst指数及静息态fMRI滞后分析(RSLA),采用两样本t检验得到各指标的组间差异脑图,并计算所有组间差异脑图的空间分布频次图,将重叠最大的区域作为感兴趣区。使用Pearson相关分析分别探讨两组受试者感兴趣区内各指标的相关性。同时使用SurfStat软件包构建了广义线性模型,探讨疾病状态与各静息态fMRI指标间相关系数的交互效应。结果各静息态fMRI指标差异脑图的空间分布频次热图显示在双侧丘脑及右侧内侧前额叶有着最大的重叠。感兴趣区内正常对照组及患儿组的各静息态fMRI指标间关系热度图模式相似,但疾病状态与各指标间相关系数的交互分析显示,在双侧丘脑,相比正常对照组,CAE患儿组耦合度增加的指标包括ALFF-fALFF、ReHo-ALFF、RSLA-GCD_int、GCD_int-ALFF、GCD_int-ReHo、GCD_in-FCD、Hurst-fALFF和GCD_int-FCD;耦合度下降的指标包括FCD-fALFF及GCD_in-GCD_out。在右侧内侧前额叶,相比正常对照组,CAE患儿组耦合度增加的指标包括GCD_in-GCD_int、RSLA-GCD_in和GCD_int-RSLA;耦合度下降的指标包括FCD-ALFF、fALFF-GCD_in、fALFF-GCD_out和GCD_in-GCD_out。结论研究结果有助于观察CAE不同静息态指标改变的一致性,并为不同维度的静息态指标间如何相互关联提供了新的见解,进而加强对CAE病理生理机制的理解。

首发精神分裂症患者服用利培酮治疗后静息态脑功能的研究

目的首发精神分裂症患者服用探讨利培酮治疗前后,静息态脑功能局部一致性变化特点以及与临床症状的关系。方法对30例首发精神分裂症患者(观察组)和30名健康志愿者(对照组)进行静息态脑功能磁共振成像扫描,计算全脑局部一致性的ReHo值并进行比较;治疗前与治疗8周后采用阳性与阴性症状量表(PANSS)和Hoffman幻听评定量表(AHRS)对患者进行临床评定;将患者治疗前后的精神症状量表评分与异常脑区的ReHo值进行相关性分析。结果治疗后,观察组患者PANSS总分及各维度评分、AHRS评分均较治疗前降低(P<0.01)。与对照组志愿者相比,治疗前观察组患者ReHo值降低的脑区主要分布于左颞上回、左颞下回,ReHo值升高的脑区主要分布于双楔前叶、右顶上小叶、右小脑后叶(已校正,P<0.05);治疗后观察组患者ReHo值升高的脑区主要分布于右小脑前叶、右顶上小叶,ReHo值降低的脑区位于左颞下回(已校正,P<0.05)。观察组患者治疗前左颞上回ReHo值与PANSS阳性症状评分和AHRS评分均呈显著负相关(r=-0.433、-0.238,P<0.05)。结论精神分裂症患者的多个脑区存在静息态脑功能异常,左颞上回异常的脑活动与疾病症状有关。

基于遗传算法的简易优化及阈值确定研究

为了保持原始功能磁共振成像(function Magnetic Resonance Imaging, fMRI)数据的空间结构实现噪声体素移除,提高聚类的效果,提出了一种基于遗传算法的简易优化算法.以广义线性模型(Generalize Linear Model, GLM)方法获取的数据作为大脑视觉刺激的真实激活模板,基于遗传算法对5位被测者的fMRI数据图像进行分析.取不同阈值(0.1~0.9)时交叉率和变异率为0且具有唯一的最优值为模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means, FCM)结果,依据真实模板验证聚类结果的准确度.结果表明,相比原始的FCM方法,改变阈值的大小可以使FCM聚类结果的准确度得到有效提高.通过简易优化遗传算法,可以确定最佳阈值为0.6.

针刺申脉穴的fMRI脑功能成像研究

目的:研究针刺申脉穴脑功能变化的规律和激活脑区的定位信息。方法:利用血氧依赖性磁共振成像技术,获得健康志愿者的申脉穴在行针及留针不同针刺状态下的脑功能变化图像,利用SPM信号处理系统,对比分析不同针刺状态下脑功能变化的规律。结果:针刺申脉穴主要激活边缘系统(丘脑、扣带回、海马旁回)和额叶、颞叶等脑区,在行针和留针过程中激活的脑区存在较为明显的规律性变化,在行针过程中首先激活对侧脑区,留针后逐渐由对侧延伸到双侧。结论:激活的脑区可能在申脉穴治疗失眠等心境障碍性疾病时起一定作用。

针刺足三里穴PET和fMRI脑功能成像的初步探讨

目的探讨针刺足三里穴脑功能成像的实验方法和针灸治疗的中枢机制。方法利用18FDG PET和fMRI BOLD脑功能成像方法 ,获取针刺足三里穴脑内葡萄糖代谢和脑血流变化有关的实验数据 ,利用SPM和感兴趣区图像分析方法 (ROI)获得脑功能变化的可视性实验依据。结果针刺右侧足三里穴引起视丘下部、同侧室旁核和双侧颞叶的葡萄糖代谢和脑血流增加。结论针刺足三里穴可引起植物神经中枢和颞叶功能变化 。

腭裂患者异常语音感知中枢神经响应的初步研究

目的 基于任务态功能性磁共振成像技术(functional magnetic resonance imaging,fMRI),研究腭裂患者感知异常语音的神经激活模式。方法 采用组块设计,在16例腭裂患者和20名正常听者执行声门停顿音、高鼻音、正常语音三类听觉刺激的感知任务时,进行功能性磁共振扫描,统计分析腭裂组和正常组在感知不同语音刺激时脑激活模式的差异。结果 (1)腭裂组与正常组在感知声门停顿音时,右侧额中回出现显著的激活差异(FDR校正,P<0.05);(2)腭裂组在不同语音刺激下,脑激活反应存在差异,声门停顿音在右侧梭状回、枕上回、颞中回、颞上回、角回和中央前回等脑区的激活反应显著高于其他语音刺激(FDR校正,P<0.05)。结论 腭裂组与正常组在感知以声门停顿音为例的异常语音时,其神经激活模式存在显著差异,出现显著的右侧半球言语相关脑区激活,提示腭裂患者可能存在言语功能的代偿反应。

康复训练对脑梗死患者脑功能重组影响的纵向fMRI研究

目的:利用BOLD-fMRI技术探讨脑梗死患者运动功能恢复过程中脑功能重组的发生及康复训练对脑梗死患者脑功能重组的影响。方法:16例病程1—3个月初发的皮质下脑梗死患者基本随机分为康复训练组(n=10)和对照组(n=6),分别接受、不接受康复训练。两组患者分别于入组时(第1次)、入组4周后(第2次)进行FMA、MAS和MBI等运动功能评定和BOLD-fMRI扫描。fMRI扫描时运动模式依次为患手、健手被动腕关节背伸运动,比较两组患者fMRI扫描结果的异同点,计算患手运动时对侧M1激活的体积、强度和LI值,观察LI值与患手功能恢复的关系。结果:①康复训练组患者运动功能改善程度明显高于对照组(P<0.05)。②第1次fMRI扫描时,两组患者都出现双侧大脑皮质广泛、散在的激活,表现为M1激活的缺失、双侧PMC、SMA、CMA、IPL、PFC、CRB等的明显激活。第2次fMRI扫描时,康复训练组患手运动时以对侧M1激活为主,并有双侧SMA、PMC的激活;对照组患者前、后两次fMRI扫描出现的皮质激活情况改变不大。③康复训练组患手被动运动时,M1区的LI值第1、2次fMRI扫描分别为负数、正数;不论是对侧M1激活的体积,还是强度,均是第2次fMRI检查优于第1次fMRI(P<0.05)。④康复训练组患者前后两次FMA、MAS评分的改善程度与M1区LI的改变呈正相关(r=0.917,r=0.949)。结论:脑卒中偏瘫患者的运动功能恢复,其机制与大脑发生的功能重组有关。康复训练可使患手运动时对侧M1区出现更多、更强的激活。