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基于多中心大样本静息态fMRI数据的孤独症谱系障碍脑连接研究

陈恒  
【摘要】:孤独症谱系障碍是一种神经发育类障碍,主要临床症状表现为严重的社会交流缺陷与重复刻板的兴趣行为。大规模流行病学调查显示孤独症谱系障碍全球发病率约为1%。我国孤独症谱系障碍人群目前已超过1000万人,并且呈现出逐年上升的趋势。对于该疾病,目前尚无行之有效的治疗手段,给病人及家属带来极其沉重的经济以及精神负担。孤独症谱系障碍的神经病理机制尚不明确,但研究表明孤独症谱系障碍的临床症状与其异常的大脑功能高度相关。人类大脑作为迄今为止最为复杂的系统之一,其认知功能并不是由单个功能脑区活动决定,而是大脑不同脑区间的共同协调作用。静息态功能磁共振成像(fMRI)技术的出现,提供了一种可用于探测孤独症谱系障碍大脑功能异常的强有力手段,能够帮助深入理解孤独症谱系障碍神经机制。然而目前基于静息态fMRI的孤独症谱系障碍研究结论并不一致,这种不一致给理解孤独症谱系障碍神经机制以及临床转化带来极大的困难。而要解决这种研究间的不一致性,需要结合大样本数据及信息学手段对孤独症谱系障碍脑功能进行更深入系统的挖掘。因此,本论文将基于多中心大样本孤独症谱系障碍静息态fMRI数据,从被试内(研究内容1-3)以及被试间(研究内容4-5)两个角度探究患者脑功能研究不一致性的来源。文本的工作主要包括以下几个部分。1.研究了频段对孤独症谱系障碍患者静息态功能连接的影响。构建了不同频段下(Slow-5,0.01-0.027Hz;Slow-4,0.027-0.073Hz)孤独症谱系障碍患者静息态脑功能连接网络。采用多变量模式分析方法对频率特异的功能连接网络进行分析。发现,相对于采用单频段功能连接网络,结合不同频段网络信息能够更好地区分孤独症谱系障碍患者与正常对照。该研究表明孤独症谱系障碍患者大脑功能连接异常模式是频率依赖的。2.研究了时间状态对孤独症谱系障碍患者静息态脑功能网络的影响。采用动态功能连接方法计算每个被试在扫描过程中每个时间点上大脑功能连接模式。然后将这些连接模式划分成不同的时间状态。分析不同时间状态下孤独症谱系障碍患者的功能连接异常模式。发现,在不同时间状态下患者表现出不一致的功能连接异常模式。该研究表明孤独症谱系障碍患者大脑功能连接异常模式是时间状态相关的。3.研究了空间不同脑区对孤独症谱系障碍患者丘脑-皮层环路的有向效应连接的影响。采用“赢者通吃”策略将丘脑划分为与大脑皮层不同脑区对应的亚区。然后采用格兰杰因果方法计算了每个被试丘脑到大脑皮层不同脑区的有向效应连接。通过比较患者与正常对照丘脑到大脑不同皮层区域的格兰杰有向效应连接强度,发现孤独症谱系障碍患者丘脑-皮层连接的异常只出现在部分脑区。该研究表明孤独症谱系障碍患者大脑功能连接异常模式是空间脑区相关的。4.研究了年龄对孤独症谱系障碍患者静息态脑连接的影响。提出了“循环搜索”策略探索了学龄前孤独症谱系障碍儿童大脑静息态功能连接的异常模式。发现两个孤独症谱系障碍症状相关的异常连接环路,其中之一主要与社会功能相关,在患者中表现为降低的连接强度;另一环路主要与感觉运动功能相关,在患者中表现为升高的连接强度。与之前成年孤独症谱系障碍研究结果并不一致。该研究表明孤独症谱系障碍患者大脑功能连接异常模式是与患者年龄相关的。5.研究了大脑结构对孤独症谱系障碍患者静息态功能网络的影响。提出了一种“影像指导”的数据驱动方法在个体水平上刻画了每个被试大脑灰质结构的异常模式,根据这种异常模式将孤独症谱系障碍划分为三种脑结构亚型。通过对不同亚型脑功能网络的分析,发现不同亚型患者的静息态功能网络连接强度及网络属性相对于正常对照差异模式不一致。该研究揭示了孤独症谱系障碍患者大脑结构异质性的存在,而被试间这种结构异常模式的异质性可能是孤独症谱系障碍患者大脑功能异常不一致性的来源之一。


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