动态脑网络成像方法与应用研究

【作者】 陈华富； 廖伟；

【机构】 电子科技大学生命科学与技术学院；

【摘要】 功能磁共振成像(fMRI)是基于神经活动所引起脑局部氧代谢和供氧变化原理的高时、空分辨成像技术。功能磁共振成像技术已经广泛地应用于脑认知功能活动和静息态脑内在活动过程的多空间尺度刻画,例如,从局部活动强度,到空间远距离的神经功能连接,再到全局脑大尺度功能网络的刻画。目前计算方法利用了功能磁共振成像整体时间序列(一般5～8分钟),忽略了脑认知活动和静息态脑内活动的时间动态性(temporal dynamic),其动态过程还不尽清楚。近来,研究表明在认知活动和静息态这一特定时间段内大脑的局部功能和远距离功能连接也不是稳态的,而是一种非稳态,其连接活动和连接模式会随着时间演化。对此,我们开发了"动态脑连接分析软件"(软著权:2014SR087018)[1]。目前,该软件工具包已发布、共享在静息态论坛平台上(http://restfmri.net/forum/DynamicBC)。该软件能够实现三类刻画脑活动或连接型分析方法:脑自发活动强度(ALFF)、功能连接(FC)和效应连接(EC)。对于脑功能(效应)连接分析方法,本软件可以实现四种不同空间尺度:基于种子点功能(效应)连接、感兴趣区域之间的功能(效应)连接、全脑体素功能(效应)连接密度(强度)和全脑大尺度功能(效应)连接网络。在时间动态刻画方式上提供了两种技术:(1)滑动窗技术:该技术是指在功能磁共振测量脑功能活动的过程中,按照一定长度的时间滑窗口将整个时间过程分解程若干个阶段,在每一个阶段分别探测脑局部活动、远距离连接和全局大尺度脑网络拓扑属性。(2)柔性最小二乘技术:该技术是数据驱动方法,它无需选择时间窗的长度,可以在每个时间点得到脑功能活动、脑连接模式。基于以上两种探测时间动态过程方法,可以得到一系列时间窗内的脑活动、脑连接,该软件采用方差和变异系数定量刻画其变化趋势,进而从动态角度更深入地刻画脑功能活动、脑连接特征。动态网络成像方法已经在神经(癫痫)[2-3]、精神(孤独症[4]和抑郁症[5])疾病临床脑影像研究中发现了全新的动态影像表征,为脑疾病的机制研究和临床诊断提供了新的思路。更多还原