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基于功能磁共振成像的大脑可塑性神经机制研究
其他题名Study of brain plasticity mechanisms based on functional MRI
卫文娟
学位类型工学博士
导师戴汝为
2015-05-25
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业模式识别与智能系统
关键词大脑可塑性 功能磁共振成像 脑卒中 自闭症频谱障碍 跨种族效应 Brain Plastic Function Magnetic Resonance Imaging(Fmri) Stroke Autism Spectrum Disorders(Asd) Cross Race Effect
摘要功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)是近些年来发展起来的一种新的非介入性研究大脑功能的成像技术。研究人员借助信息科学中的数据分析方法对fMRI数据进行处理和分析,可以获得采用其它传统方法所无法获得的新信息,是研究人脑认知思维活动下的神经机制的一种强有力工具。 大脑可塑性作为大脑的基本属性之一,长久以来受到了广泛地关注。通过对大脑可塑性的研究,可以了解大脑神经系统的动态变化,为进一步了解大脑发展的本质和开发大脑的潜在能力提供了理论基础。 如今,针对大脑可塑性的研究大多是关于疾病的研究,以康复训练/治疗 作为载体来研究大脑皮层功能的可塑性。本研究通过对大脑损伤病人康复治疗前后大脑相关神经机制的研究,为从神经活动层面揭示损伤大脑在康复过程中相关神经机制的变化提供了有价值的证据,同时,也为进行临床治疗和干预以及教育教学实践等都提供了重要的理论依据和线索。 此外,除了损伤大脑具有可塑性之外,正常的大脑在发育过程中也是普遍 存在可塑性的。并且,由于病人自身的限制,实验者无法采用精细、较长时间的实验设计,从而考察具体的学习训练引起的大脑神经机制的改变比较困难。因此,通过对经过长时间学习训练的正常被试,采用精细的实验设计可以为研究正常大脑在某个具体学习训练下的神经机制的变化提供证据,从而进一步揭示大脑活动的规律及其可塑性的神经机制提供有力的证据。 本文所述的研究工作主要围绕大脑可塑性这一大脑基本属性展开,相关工作主要由以下三部分组成: 1. 采用功能磁共振成像和弥散张量成像(DTI)联合分析方法,分析脑卒 中病人康复治疗下大脑运动皮层相关神经机制的改变、 大脑白质连接完整性的变化,以及二者之间的关系。 采用基于广义线性模型的统计参数映射方法对采集到fMRI数据进行全脑分析,比较康复训练前后病人大脑单个脑区活动水平的变化;同时采用基于分数各向异性分析方法对采集到的DTI数据进行全脑分析和局部分析,比较康复训练前后病人大脑白质完整性的变化,并进一步考察康复训练前后大脑灰质活动和白质连接关系的变化。从大脑的功能和结构两个方面来考察康复训练后大脑神经机制的变化。 研究表明经过康复治疗大脑皮层相关脑区进行了功能重组,为损伤大脑的功能可塑性提供了证据。 2. 采用基于静息态磁共振成像的功能连接分析方法,分析自闭症谱系障碍(ASD)儿童康复训练前后大脑连接网络的变化。尽管对于大脑单个脑区活动的变化可以提供大脑可塑性的相关信息,然而越来越多的研究表明,大脑的功能实现并不是以单一脑区来完成的,而更多地是以网络的形式进行。因此,研究的第二部分采用基于种子点的功能连接分析方法,比较康复训练前后大脑的功能连接强度的变化,并将功能连接强度的变化和病人临床诊断结果进行相关分析,考察病人大脑连接强度的变化和病人行为改善之间的关系。研究表明在ASD儿童中,前额叶皮层的过连接可能阻碍了合适的信息交流,而康复训练可能会修补异常的前额叶功能连接。而和枕颞叶区域的功能连接的增加可能说明了经过康复训练ASD儿童更依赖对低级...
其他摘要Recently, functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is developed as a new non-invasive brain imaging technology. Researchers apply data analysis methods in information science to fMRI data analysis, and achieve new information which other conventional methods cannot obtain. Then, fMRI becomes a powerful tool for studying the neural mechanisms of the human brain’s cognitive activities. Brain plasticity, as one of the basic properties of brain, has been widespread concerned. Through the study of brain plasticity, we can understand the dynamic changes of the brain’s nervous system and have a better understanding of brain development. And the study of brain plasticity further provides a theoretical basis for the study of the brain’s potential ability. In the study of brain plasticity, most are about disease recovery to study the functional plasticity of the brain cortex. In our study, through the study of the neural mechanisms during rehabilitation, we may not only reveal the changes of the related neural mechanisms during recovery, but also provide valuable evidence for clinical treatment and intervention and important theoretical basis and clues for teaching practice. In addition, besides brain plastic exists in the lesion brains, it is also prevalent during the development of healthy brain. Moreover, because of the patient’s limitations, the experimenter cannot use a sophisticated and time-consuming experimental design. Therefore, using a sophisticated experimental design for the normal subjects after a long period of training, may also provide evidence for brain plasticity. This thesis describes my fMRI-based studies on brain plasticity. Main work can be described in three parts: 1.fMRI combining diffusion tensor imaging(DTI) was adopted to study the brain activity changes and the integrity of white matter connectivity changes during treatment-related rehabilitation in stroke patients, as well as the relations between them. Statistical parametric mapping method based on generalized linear models (GLM) was used to analysis whole brain fMRI data, and we compared the neural activity changes in brain regions before and after rehabilitation. Fractional anisotropy analysis was used to reveal the change of white matter connectivity integrity. Furthermore, correlation analysis was used to investigate relations between brain gray matter activity and white matter integrity before and after rehabilitation. We try to reveal the dynamic brain ...
其他标识符201218014628065
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6683
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
卫文娟. 基于功能磁共振成像的大脑可塑性神经机制研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院大学,2015.
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