基于功能磁共振成像的帕金森病运动障碍脑网络研究

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运动功能障碍是帕金森病的一个核心临床症状。虽然以往的脑影像研究发现了在帕金森患者中存在以纹状体为核心的脑功能连接去耦合现象,但是目前还缺乏研究阐明人脑功能连接组是如何在帕金森病的运动失能过程中进行整合的。本课题旨在建立一种可以系统刻画帕金森患者运动能力的脑功能连接组模型;并在多个独立样本上,验证该模型预测患者临床运动能力评分的敏感性、不同中心磁共振扫描下的预测泛化性、以及模型表征的特异性。本研究首先采用时域离散化的思想,把传统的功能连接测量——皮尔逊相关分解为协同性和拮抗性两种属性。基于全脑连接组预测模型的框架,本文在训练样本(n1=71)中把三种功能连接的刻画作为模型输入,发现脑连接与临床运动评估分数的映射关系,并选出具有预测敏感性的模型。进一步地,本文把在训练集中建立的模型直接应用于三个独立的测试样本(n2=45,n3=60,n4=60)中,以验证模型在异质性样本下的泛化性。结果发现,以拮抗性作为功能连接刻画的模型表现出最好的预测敏感性,且在独立样本上也表现出稳定的预测泛化性。由此,本文定义出了一种“帕金森病拮抗式运动指纹”用以刻画脑连接与帕金森病运动障碍的关联模式,并揭示了这种模式是由皮下区域、躯体运动区域、视觉区域、小脑、以及默认网络和额顶网络主导的,其中运动—视觉通路占据了网络间最大的预测权重。通过对预测残差进行疾病分阶段的统计分析,本文进一步发现了模型预测分数在疾病早期阶段趋向比量表评估分数更高。这一现象意味着与临床行为表征相比,该功能脑指纹在神经退行过程中变化更加敏感。此外,本文在另外一组帕金森患者(n=73)和人口统计学信息上匹配的正常对照组上(n=79)使用贝叶斯分类器探索该运动指纹筛查病人的效果。该结果发现,使用拮抗式运动指纹作为输入,模型平均分类准确率为78%,受试者工作特征曲线下面积为0.84。以上结果表明了,帕金森病中的运动失能过程可以被表征为大脑多系统间的拮抗性交互。综上所述,本文定义的运动指纹对于帕金森病患者早期运动症状的评估以及新疗法的开发具有潜在的应用价值。
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