收藏本站
《国防科学技术大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于功能磁共振成像的脑连接分析

李宝娟  
【摘要】:人脑是由约1000亿个相互连接的神经元构成的复杂而庞大的网络,其任何一个认知功能的实现都需要多个脑区协同工作。为了更清楚地揭示脑的工作机理,我们需要将其看成一个综合的网络,对脑连接进行研究。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)作为一种新兴的无创性医学影像技术近年来在脑科学研究的众多领域中得到了广泛的应用。本文以fMRI数据为研究对象,以脑连接分析方法为研究重点,全面深入地分析了脑的功能连接和有效连接。 研究了脑连接最简单、最直观的形式——功能连接。论文从脑功能连接分析方法入手,分别阐述了模型驱动和数据驱动两类脑功能连接分析方法的原理。在此基础上,使用基于独立成分分析的脑功能连接分析方法,研究了重性抑郁症患者静息状态默认网络的功能连接,并探索了抗抑郁药物治疗对该网络功能连接的影响。首次发现重性抑郁症患者的静息状态默认网络分解为两个独立的空间子网络,而前部子网络对于药物治疗存在抗药性,该发现对于阐明重性抑郁症的病理有着非常重要的意义。 功能连接分析测量的是脑区间活动的统计相关性,无法对脑连接的方向性做出推断。为了更清楚地刻画脑网络中的信息流向,论文研究了脑有向连接——有效连接。首先系统地阐述和推导了确定性动态因果建模(dynamic causal modeling,DCM)的基本原理。在此基础上,使用确定性DCM研究了网络成瘾患者反应抑制脑网络的有效连接。发现在执行GoStop任务时,与正常对照组相比,网络成瘾被试反应抑制脑网络的有效连接显著降低。这一发现为揭示网络成瘾的神经机制提供了重要的线索。 提出了基于网络发现的DCM模型选择算法。在使用DCM进行有效连接分析时,由于缺乏详细的解剖连接知识,研究者往往事先定义一组备选模型,然后使用贝叶斯模型选择算法找出最优模型。但是,随着脑网络中节点数目的增多,模型空间急剧增大,传统的模型选择算法已经无法在数量巨大的备选模型中找到最优模型。本文提出了一种基于网络发现的DCM模型选择算法,该算法只需估计一个全连接模型的参数,即可找到最优模型。同时,新算法无需研究者事先根据先验知识定义备选模型空间,因而实现了DCM从模型驱动方法向数据驱动方法的飞跃。 研究了基于fMRI的随机DCM。确定性DCM将人脑看成一个确定性动力学系统,认为神经活动的变化仅由确定的外界输入引起。然而众多研究发现,神经活动不仅受外部刺激的驱动,还很大程度上受到内部自发生理活动的影响。如果在建模时不考虑这些自发生理活动,将会导致模型定义的不完整以及参数估计的不准确。本文研究了基于fMRI的随机DCM,该模型在状态方程中考虑了自发生理活动。使用仿真数据和真实的fMRI数据对比了随机DCM和确定性DCM的性能。结果显示,随机DCM比确定性DCM得到的有效连接参数更加精确。同时,随机DCM打破了确定性DCM无法用于分析静息状态有效连接的瓶颈。本文结合成组独立成分分析方法和随机DCM,提出了静息状态有效连接分析的框架。首次分析并对比了静息状态和任务状态下默认网络的有效连接,发现虽然默认网络的活动在执行认知任务时降低,该网络的有效连接却显著增强。 研究了广义滤波算法。随机DCM的参数估计为一个三重估计问题,现有的参数估计算法建立在平均场近似的基础上,假设待估计的未知量之间是条件独立的。然而在实际的fMRI数据分析中,该假设往往不成立。最近,我们提出了一种新的随机DCM参数估计算法,称为广义滤波算法。该算法不再依赖于平均场近似,并且能够提供在线的参数估计。本文在我们先前工作的基础上,对广义滤波算法进行了进一步的研究。分别使用仿真数据、单个被试以及成组被试的fMRI数据评估了广义滤波算法的有效性。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP301.6;R445.2

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李佳铭;李宝娟;郑凯中;李椋;杜鹏;燕宝玉;;基于谱动态因果模型对重度抑郁症复发的研究[J];实用放射学杂志;2018年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 贺文颉;基于实时功能磁共振成像的情绪网络反馈技术研究[D];解放军信息工程大学;2017年
2 周桂妃;基于因果脑功能网络分析的跨种族面孔加工发展机制研究[D];北京交通大学;2016年
3 邱浩;基于EM算法的医学影像数据的分类研究[D];湖南师范大学;2016年
4 魏慧琳;大尺度功能脑网络连接分析[D];国防科学技术大学;2015年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 杜万萍;刘军;高雪屏;李凌江;李卫晖;李欣;张燕;周顺科;;网络成瘾大学生脑功能性磁共振成像特点[J];中南大学学报(医学版);2011年08期
2 梁夏;王金辉;贺永;;人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络[J];科学通报;2010年16期
3 蒋田仔;刘勇;李永辉;;脑网络:从脑结构到脑功能[J];生命科学;2009年02期
4 邸新;饶恒毅;;人脑功能连通性研究进展[J];生物化学与生物物理进展;2007年01期
5 刘亚东,周宗潭,胡德文,颜莉蓉,谭长连,吴大兴,姚树桥;大脑fMRI数据时/空模式综合分析的一种新方法[J];中国科学E辑:信息科学;2004年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 颜莉蓉;脑功能磁共振数据时空分析方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘肖艳;邹艳;江婷;康庄;彭洁;艾育华;刘哲星;;基于DTI的视神经脊髓炎谱系疾病患者脑结构网络的拓扑属性改变研究[J];中华神经医学杂志;2018年05期
2 兰晓川;李福锁;杨志;李治勇;刘涛;李琪根;张扬;雷瑞;黎海涛;禹智波;;偏头痛静息态功能磁共振成像的研究进展[J];神经疾病与精神卫生;2017年08期
3 Zhi-Song Lv;Chen-Ping Zhu;Pei Nie;Jing Zhao;Hui-Jie Yang;Yan-Jun Wang;Chin-Kun Hu;;Exponential distance distribution of connected neurons in simulations of two-dimensional in vitro neural network development[J];Frontiers of Physics;2017年03期
4 张子健;王喜今;张聪沛;徐佳;肖强;;抑郁症患者脑奖赏环路相关结构的弥散张量成像研究进展[J];神经疾病与精神卫生;2017年03期
5 何高奇;胡云奉;杨宇;魏文浩;;基于rs-fMRI数据的脑功能网络构建与分析[J];华东理工大学学报(自然科学版);2015年06期
6 冯宝;刘晓刚;;基于字典稀疏性的脑图像数据盲分离方法[J];计算机工程;2015年12期
7 田雪;邱江;;抑郁症的脑功能整合异常-来自有效连接的证据[J];心理科学;2015年06期
8 钟毅欣;赵建农;;静息态脑功能网络分析方法及在肝性脑病的研究进展[J];国际医学放射学杂志;2015年06期
9 王春方;孙长城;王勇军;綦宏志;赵欣;周鹏;张颖;万柏坤;明东;杜金刚;;精神障碍疾病的神经生理信号复杂度研究进展[J];国际生物医学工程杂志;2015年05期
10 高佳;王蔚;;基于稀疏贝叶斯网络的情绪脑电的有效性脑网络研究[J];生物医学工程学杂志;2015年05期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 方鹏;弥散张量成像的脑结构连接分析[D];国防科学技术大学;2016年
2 杨超;基于变精度粗糙集的完备约简和知识抽取方法及其应用研究[D];大连海事大学;2016年
3 刘健;基于独立成分分析的大脑运动功能激活模式研究[D];沈阳工业大学;2014年
4 李宝娟;基于功能磁共振成像的脑连接分析[D];国防科学技术大学;2012年
5 刘学政;内侧颞叶癫痫患者认知功能及语言功能磁共振(fMRI)网络连接的研究[D];福建医科大学;2012年
6 李贞晶;基于脑功能区fMRI分析的针刺效应研究[D];黑龙江中医药大学;2012年
7 翁晓光;静息态脑功能磁共振数据分析方法及在弱视神经机制中的应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
8 相洁;启发式问题解决认知神经机制及fMRI数据分析方法研究[D];太原理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 宋玉璐;孙曙光;宋筱蕾;毛宁;王滨;;抑郁症及其一级亲属脑基础活动的BOLD-fMRI研究[J];实用放射学杂志;2017年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 李椋;基于实时功能磁共振成像的脑机接口技术研究[D];解放军信息工程大学;2014年
2 倪鹏宇;动态因果模型和Granger因果映射中模型选择的研究[D];浙江大学;2014年
3 王小军;基于结构方程的脑卒中运动功能神经机制建模研究[D];华中科技大学;2011年
4 胡汉彬;功能近红外光谱成像研究及应用[D];中国科学技术大学;2010年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘秋飞;基于混合模型的动态纹理分类[D];哈尔滨工程大学;2018年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 钱若兵;傅先明;韩晓鹏;牛朝诗;汪业汉;王昌新;刘影;;青少年网络游戏成瘾的功能性磁共振成像研究[J];立体定向和功能性神经外科杂志;2008年04期
2 刘军;朱炎;伍玉枝;苏林雁;马宁;贺忠;肖恩华;周顺科;李凌江;;对立违抗性障碍儿童的脑功能磁共振成像特点[J];中南大学学报(医学版);2008年07期
3 陈华富 ,尧德中 ,卓彦 ,曾敏 ,陈霖;A new method for fMRI data processing: Neighborhood independent component correlation algorithm and its preliminary application[J];Science in China(Series F:Information Sciences);2002年05期
4 饶恒毅,陈霖;多方式认知功能成像研究进展[J];生物化学与生物物理进展;2001年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王进平;李光勤;吴士明;晏加林;李莉;贺曦;;带状疱疹后神经痛病人的脑默认网络功能连接研究[J];中国疼痛医学杂志;2018年08期
2 陈文利;白洁;王毅;丁里;Jing-Huei;;功能磁共振评价人类大脑功能连接的方法、变量及影响因素[J];临床放射学杂志;2013年06期
3 王英杰;沈辉;;脑静息功能连接自发波动的可变性分析[J];中国生物医学工程学报;2017年01期
4 蒋宇超;陈琳;段明君;陈曦;杨宓;邓佳燕;赖永秀;尧德中;罗程;;精神分裂症患者基底节功能连接的静息态fMRI研究[J];四川精神卫生;2015年06期
5 潘豪;刘斌;王海宝;;脑连接功能成像研究新进展[J];安徽医学;2012年05期
6 张军鹏;王籼君;黄韫栀;;基于功能连接的脑磁弱源成像方法[J];智慧健康;2017年20期
7 赵志莲;韩璎;安彦虹;李会杰;卢洁;李坤成;;遗忘型轻度认知损伤患者半球间镜像同伦功能连接变化[J];中国医学影像技术;2019年03期
8 郭建;崔淑慧;郭毅佳;周杰;陈宁;周沐科;张阳;何俐;;短暂性脑缺血发作患者静息状态下脑功能连接研究[J];四川大学学报(医学版);2019年02期
9 王强;田水;汤浩;阎锐;史家波;陈瑜;卢青;姚志剑;;膝下前扣带回与背外侧前额叶的功能连接提示抗抑郁早期疗效[J];临床精神医学杂志;2018年06期
10 李飞燕;李淑英;吕培培;王源莉;朱妍;潘红庆;高鑫;;首发未治疗青少年抑郁障碍患者静息状态下杏仁核功能连接异常改变及意义[J];山东医药;2018年42期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 于庆宝;董峰;闫芬;李贝;冯士刚;张武田;沈钧贤;唐一源;;汉字加工过程中的功能连接分析[A];第一届全国脑与认知科学学术研讨会论文集[C];2005年
2 陈志晔;陈小燕;于生元;;药物过量性头痛患者脑部边缘区功能连接改变[A];中华医学会疼痛学分会第十一届学术年会论文集[C];2014年
3 陆加明;戴玉田;陈赟;张鑫;王慧婷;青钊;韩鹏;李茗;杨白冰;朱斌;张冰;;功能连接密度及脑网络属性改变探讨早泄患者的大脑多巴胺通路内功能连接失调[A];中国中西医结合学会医学影像专业委员会第十五次全国学术大会暨上海市中西医结合学会医学影像专业委员会2017年学术年会暨《医学影像新技术的临床应用》国家级继续教育学习班资料汇编[C];2017年
4 阎锐;姚志剑;汤浩;韩莉;罗国平;卢青;;中青年抑郁症患者脑区功能连接与疾病严重程度的研究[A];中华医学会第十次全国精神医学学术会议论文汇编[C];2012年
5 廖峥娈;于恩彦;谭云飞;仇雅菊;朱俊鹏;王珏;王欣慰;汪宏;;阿尔茨海默病和轻度认知功能障碍患者后扣带回皮质和全脑有向功能连接的研究分析[A];2014浙江省医学会精神病学分会学术年会、浙江省医师协会精神科医师分会第七届年会论文汇编[C];2014年
6 刘云瑞;贵文君;樊东琼;雷旭;喻婧;;老年人睡眠相关的脑结构和脑功能连接的改变[A];第二十届全国心理学学术会议--心理学与国民心理健康摘要集[C];2017年
7 郑党;饶俪琳;陈杰;杨柳青;王赟;李纾;徐凯彬;周媛;;青少年及早期成年人中风险倾向与脑岛-前额叶功能连接的遗传和环境重叠[A];第二十届全国心理学学术会议--心理学与国民心理健康摘要集[C];2017年
8 黄晖;邱江;;COMT Val108/158Met多态性,脑静息态功能连接以及创造性行为三者关系探究[A];第十九届全国心理学学术会议摘要集[C];2016年
9 胡德文;;脑网络与模式识别[A];第三届全国神经动力学学术会议论文摘要集[C];2016年
10 黄欢;舒畅;陈军;邹寄林;陈诚;吴士豪;刘忠纯;王惠玲;周媛;王高华;蒋田仔;;首发偏执型精神分裂症患者静息态皮层纹状体环路功能连接与有效连接紊乱的初步探讨[A];2015西部精神医学年会会议专刊[C];2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王辉;在百年变局中探寻中国经济确定性未来[N];中国经济时报;2018年
2 姜鑫;2019年资产配置策寻找不确定中的确定性[N];中国联合商报;2019年
3 国泰君安期货金融衍生品研究所 王洋;固守确定性收益寻觅变局契机[N];经济参考报;2018年
4 本报记者 王蕊;港股上涨逻辑具有确定性支撑[N];中国证券报;2018年
5 张楚翔 摄影师 评论家;拥抱客观的未确定性[N];中国摄影报;2018年
6 胡宇齐;开放的中国就是世界最大的“确定性”[N];北京日报;2018年
7 本报记者 张焕昀;公募寻找“确定性”[N];中国证券报;2018年
8 本报记者 叶斯琦;寻找确定性强的结构性机会[N];中国证券报;2018年
9 文兴;要比较预期,也要比较确定性[N];金融投资报;2018年
10 北京对外经济贸易大学商学院教授 郝旭光;对那些“确定性”盈利条件多长个心眼[N];上海证券报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李宝娟;基于功能磁共振成像的脑连接分析[D];国防科学技术大学;2012年
2 李美玲;个体脑功能图谱在脑认知与神经影像学的应用研究[D];电子科技大学;2018年
3 戚荣丰;基于静息态功能磁共振功能连接的创伤后应激障碍神经病理机制研究[D];南京大学;2013年
4 蔡素平;阿尔茨海默症和轻度认知障碍患者脑结构与功能特征的磁共振影像研究[D];西安电子科技大学;2017年
5 魏鲁庆;帕金森病伴发抑郁障碍的脑网络机制[D];西南大学;2018年
6 陈一萍;功能性消化不良的心理特征及进餐前后大脑功能连接变化的静息态功能磁共振对照研究[D];浙江大学;2018年
7 曹卫芳;基于功能磁共振成像技术的认知老化脑机制研究[D];电子科技大学;2018年
8 李蓉;多模态神经成像的脑网络技术在癫痫中的应用研究[D];电子科技大学;2018年
9 刘圣华;慢性耳鸣患者前扣带皮质异常功能连接的静息态功能磁共振研究[D];南京医科大学;2018年
10 崔玲玲;重性抑郁障碍患者的静息态功能激活、功能连接及其与LHPP基因多态性的关联研究[D];中国医科大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 耿向飞;基于功能连接和有效连接的抑郁症诊断方法研究[D];天津大学;2018年
2 张金亮;基于功能连接的正常人与盲人听觉信息解码研究[D];天津大学;2018年
3 李雷;短期正念减压训练对大脑复杂网络属性的影响[D];昆明理工大学;2018年
4 苏建坡;脑连接动态特性的多模态融合分析[D];国防科学技术大学;2016年
5 高凯;fMRI功能连接的稀疏表示分析[D];国防科学技术大学;2016年
6 韦懿宸;主观认知下降和轻度认知障碍的多模态MRI研究[D];广西中医药大学;2018年
7 田合兵;ALFF和脑连接方法在脑影像数据分析中的应用[D];湖南师范大学;2018年
8 李杨;基于fMRI的大脑功能连接动态分析系统[D];南京理工大学;2018年
9 鲍静;青少年双相障碍患者杏仁核与前额叶的静息态功能连接与认知功能的关系[D];中国医科大学;2018年
10 宋彦卓;精神分裂症及其遗传高危人群基于海马亚区功能连接的比较研究[D];中国医科大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026