基于脑电源活动对早期营养不良的识别

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2017年世界卫生组织(WHO)报告显示,发展中国家仍有高达22.9%的儿童处于营养不良状态。研究表明营养不良患儿的智商、认知能力显著低于正常儿童,出现情绪不稳定,在校表现差,社交能力较弱等现象,这些影响持续时间较长,是严重的社会问题。迄今为止,儿童营养不良对大脑哪些部位产生了怎样的影响尚不明确。因此探究早期营养不良所引起的大脑内部异常具有重要的意义。本文通过对比出生后第一年遭受营养不良的儿童和其对照组儿童的脑电数据,分析两组被试在脑电上表现出来的区别,以期找到生命早期营养不良合适的生物标记。由于脑电测量存在容积效应,因此对脑电数据在经过预处理后使用Brain Connectivity Variable Resolution Electromagnetic Tomographic Analysis(BC-VARETA)溯源方法进行逆问题求解,传统的溯源方法假设各源之间是相互独立的,而BC-VARETA方法并没有使用该假设,因此该方法可以得到各源之间的关联性,所得结果更加的准确。由此得到频域中的频谱信息和脑连接信息。然后,对频谱信息进行特征提取,找出营养不良可能的生物标记。使用脑区之间的连接信息进行脑网络特征分析,本文主要计算了聚类系数、平均最小路径、局部效率以及全局效率四个指标。特征提取的结果显示,早期营养不良儿童的颞叶、枕叶和边缘系统出现异常。具体发现β频段时颞下回和罗兰迪克岛盖,θ频段时颞上回,以及α频段时的舌回、楔叶和前扣带回与正常儿童有显著的差异。在脑网络特征分析后,发现两组被试在β1频段内,平均路径长度、全局效率和局部效率有显著差异,但是聚类系数没有显著区别,而在θ波段内只有聚类系数有显著差异。其中,早期营养不良组的全局效率和局部效率,以及聚类系数在两个频段都显著高于正常组。我们推测其原因在于早期营养不良患儿在进行信息处理时,由于部分脑区的异常,完成相应的任务时发生了脑功能代偿。以上结果说明,相比于正常儿童,早期营养不良儿童的大脑功能产生了一定的变化,而这些变化可能引起了其智商,认知,学习等方面的能力显著低于正常儿童。我们率先的对营养不良进行基于源的脑网络研究,揭示了营养不良患者的部分脑部机制,希望能够为营养不良相关疾病的探索提供一些新的思路。
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