基于静息态fMRI的阿尔兹海默病及轻度认知障碍的脑网络研究

【摘要】：阿尔兹海默氏病(Alzheimer's disease,AD)是一种中枢神经退行性疾病,该疾病主要影响老年人脑部的中枢神经,使其发生退行性改变,进而使老年人出现记忆明显衰退、认知功能下降等临床症状,严重影响老年人的正常生活和社会活动。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)是介于正常衰老和痴呆的一种中间状态疾病,患者有记忆障碍或其他认知方面的异常,但是还没有达到痴呆的严重程度,病情对日常生活影响较小。然而,随着病程的推移,MCI患者将会出现不同的病态转换,主要转变为AD,也有部分患者将维持MCI状态或者转为其他痴呆疾病。多年来研究学者从解剖、神经以及影像等多个角度对AD和MCI的病理机制及发展变化进行研究,虽然取得了许多颇为重要成果,但仍有需要深入研究的方面。1.本文围绕静息态功能磁共振(resting-state functional magnetic resonance,rs-fMRI)在脑科学研究中的应用,首先运用独立成分分析(independent component analysis,ICA)及格兰杰因果(Granger causal analysis,GCA)两种rs-fMRI脑图像分析方法,对AD患者的默认网络(default mode network,DMN)的功能及效应连接进行研究。ICA主要用于分离提取出相应被试组的DMN成分,是一种完全的数据驱动方法;基于分离出的DMN所对应的各个脑区,进一步应用GCA探索DMN内部的效应连接模式。统计分析表明:首先,从连接强度和连接数量上看,AD患者的都要比正常被试的弱。后扣带回(posterior cingulated cortex,PCC)展现出极强的功能活性,它与DMN中的大部分节点都要相连,并且它是唯一一个仅接受其他节点信息的脑区;其次,与AD患者相比,正常被试右侧的颞下皮层(inferior temporal cortex,ITC)与DMN中的其他节点的连接强度要更强;最后,内侧前额叶(medial prefrontal cortex,MPFC)与双边的顶下小叶(inferior parietal lobule,IPL)的连接强度在AD患者中反而比正常被试的要强。这些研究结果不仅揭示了AD患者大脑出现了功能性障碍,同时还为解释AD的病理生理机制提供了更多的依据。2.其次,针对具有不同转归特性的MCI患者,首先构建了全脑功能网络并直观比较了该网络在两组被试中的差异;接着,通过相关的测度计算,包括网络连接度、聚类系数、特征路径长度、全局/局部效率等,探索不同被试组的全脑网络的“小世界”特性。研究结果表明:具有不同转归类型的MCI患者的全脑功能连接存在明显差异,同时,MCI向AD转换被试组的“小世界”网络特性比MCI维持MCI患者的要差。