基于联合独立成分分析方法的脑结构网络研究及其在阿尔茨海默病上的应用

来源 :北京师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wupei0083
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磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术被广泛地应用在脑的功能和结构研究中,而利用脑结构磁共振成像(structural MRI,sMRI)可以获得清晰的、反映不同组织对比度的图像,能够提供丰富的脑形态学信息,所以sMRI已经被成功地用来研究阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)等神经系统疾病导致的脑形态学差异。近年来,多变量分析方法成为研究脑成像数据的趋势和热点。  本研究将联合独立成分分析(joint independent component analysis,joint ICA)和并行独立成分分析(parallel independent component analysis,parallel ICA)两种多变量方法应用在阿尔茨海默病的研究上,通过对12个AD病人和14个正常被试的灰质、白质同时建模构建脑结构共变网络。具体地,首先对两组人的结构磁共振数据进行基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM),之后把得到的灰质和白质同时建模后分别进行jointICA和parallel ICA分析,通过对空间独立的联合源进行统计检验确定了存在组间差异的模式。考察了联合源ICA的权值作为指标来区分两组人的情况并进行了ROC分析。本文进一步利用多元线性回归方法将3个联合源组合成一个源,该线性组合源包含了3个联合源中所有重要的脑区。对于得到的并行源,计算了并行源中灰质及白质对应ICA权值的相关程度。最后,对joint ICA和parallel ICA的结果进行了对比分析,并探讨了两种方法的差异性和一致性。  Joint ICA分析得到3个灰质-白质联合源,分别是1)额叶/顶叶/颞叶-上纵束/胼胝体;2)额叶/顶叶/枕叶-额叶/枕叶;3)额叶-中央前回/中央后回。3个联合源在AD和NC两组人上存在明显的差异。parallel ICA分析得到3个灰质-白质并行源,分别为1)额叶/顶叶/颞叶-上纵束/胼胝体;2)额叶/顶叶/枕叶-额叶/枕叶;3)颞叶—上纵束/胼胝体。其中,并行源1和并行源3的ICA权值在两组人上表现出了明显的差异。并行源1和并行源2与联合源1和联合源2的结果基本上一致。说明了这两种方法的合理性也表明了结果的稳定性。  本研究使用多变量的joint ICA和parallel ICA方法,构建了与AD相关的灰质-白质共变网络并确定了有显著组间差异的源,源中体积减小的重要脑区和已有文献也是一致的。本研究基于网络的观点,同时利用灰质和白质信息展开AD的脑结构研究,能够帮助研究者更全面、准确地理解AD的病理机制和病变特点。
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