北京哪有治白癜风的医院 http://www.xftobacco.com/index.html帕金森病(PD)是一种以大规模脑功能网络拓扑异常为特征的神经退行性疾病，通常通过脑区域间激活信号的无向相关性来分析。这种方法假设大脑区域同时激活，尽管先前的证据表明，大脑激活伴随着因果关系，信号通常在一个区域产生，然后传播到其他区域。为了解决这一局限性，我们开发了一种新的方法来评估帕金森病参与者和健康对照组的全脑有向功能连接，使用反对称延迟相关性，更好地捕捉这种潜在的因果关系。我们的结果表明，通过功能性磁共振成像数据计算的全脑有向连接，与无有向方法相比，识别了PD参与者与对照组在功能网络方面的广泛差异。这些差异的特征是全局效率的提高、聚类和可传递性与较低的模块化相结合。此外，楔前叶、丘脑和小脑的有向连接模式与PD患者的运动、执行和记忆缺陷有关。总之，这些发现表明，与标准方法相比，有向脑连接对PD中发生的功能网络差异更敏感，为脑连接分析和开发跟踪PD进展的新标志物提供了新的机会。
1.简介
帕金森病(PD)是一种复杂的神经退行性疾病，以多种运动和非运动症状为特征，如记忆、执行、视觉空间或嗅觉缺陷。这些不同症状的出现表明，PD中发生的大脑变化不能直接与单个大脑区域的功能障碍有关，而是与许多区域或大脑网络之间功能连接的广泛变化有关。
功能连通性可以通过功能性磁共振成像(MRI)来测量，这是一种检测血氧水平依赖信号变化的非侵入性技术，被认为反映了潜在的神经元大脑活动。在帕金森病患者中，多项研究表明，由于这些功能连接的完整性丧失，运动和非运动症状可能会出现。特别是基底节区丘脑皮层网络的功能连接异常与帕金森病的运动症状有关，而默认模式、背侧注意、额顶叶、显著性和联想视觉网络已被证明与这些参与者的认知缺陷有关。
在过去的几年里，一些研究使用功能性MRI来评估脑功能连接组，这是一种总结了大脑中完整的成对功能连接的全脑网络。这个网络由一组节点(或大脑区域)组成，通过边连接，代表功能连接的强度。然后，通过计算几个全局和局部测量值，可以使用图论分析该连接网络，这些测量值反映大脑区域是否通过短网络路径有效连接(全局效率)，或者是否很好地集成到其邻域(聚类)或社区(模块化)。这些分析显示了整个大脑或PD参与者的特定网络内的全局效率、局部效率和聚类系数的显著变化。前额叶和辅助运动区以及纹状体和丘脑的节点网络拓扑的变化也在帕金森病被报道，有时与临床测量有关。
尽管这些研究对评估PD中的网络变化很有用，但这些研究都是基于这样的假设:大脑不同区域的活动是同时发生的，因此可以通过它们之间激活信号的同时无向相关性来捕捉。因此，它们不传递有关大脑区域之间相互作用方向性的信息，这一点很重要，因为越来越多的研究表明，PD患者的有向大脑活动模式会发生改变。使用动态因果模型，结构方程建模，心理生理相互作用，或格兰杰因果关系的方法对这些有向模式进行了评估。由于复杂性和由这些方法所需计算时间长,他们的应用程序目前限于评估大脑连接的几个地区之间或功能性核磁共振数据的分析获得了在一个特定的任务,通常依赖于先验假设的大脑区域应该被测试。此外，最近也有人提出了几个关于有向全脑连接评估的概括。然而，这些方法仍然受到计算效率和可识别性的限制。此外，它们在研究功能网络以评估神经退行性疾病的功能变化方面的应用还没有得到系统的评估。
在此，我们提出了一种直观且计算简单的方法来评估基于反对称滞后相关性的静息状态全脑有向功能网络。首先，我们通过计算所有大脑区域对之间的滞后相关性，得到每个参与者的滞后相关性邻接矩阵。然后，导出反对称相关作为滞后相关邻接矩阵的反对称部分。我们证明，与标准的无向方法构建的功能网络相比，这些功能网络的拓扑结构对PD相关的病理变化更敏感。
2.方法简述
激活信号通常在大脑的一个区域产生，然后传播到其他区域，这导致了大脑各个区域激活的因果性和滞后性。这种时间滞后也会出现，例如，由于大脑区域的空间分布和它们之间有限的传输速度。因此，捕捉存储在这个复杂的时间滞后框架中的信息对于实现功能连接性的连贯表征是必要的。在这项工作中，我们通过使用滞后的皮尔逊相关性计算大脑区域之间的有向功能连接来获得额外的信息。在这种方法中，如果一个大脑区域的激活时间序列与第二个大脑区域的激活模式的时间移版本具有相似的性质，则认为该大脑区域与其他大脑区域具有直接的相互作用。此外，与间接连接的大脑区域相比，相互连接更紧密的大脑区域被激活的延迟要短得多。基于大脑的准同步活动主要发生在通过直接路径连接的节点之间的假设，我们可以将大脑区域之间激活模式的不同滞后解释为它们之间拓扑连接距离的指标。例如，小时间滞后的连接网络表示直接连接的大脑区域，而较大的时间滞后则表示通过不同长度的间接连接连接的大脑区域网络。因此，为了探索不同拓扑连接尺度下的大脑功能激活模式，我们评估了多个时间滞后的有向功能连接(方法:滞后相关性)。
图1展示了我们用来计算一组大脑区域的功能连接网络及其激活时间序列的不同方法(图1a)。通过滞后相关邻接法计算出的这五个脑区连接矩阵和对应的网络如图1b所示:滞后相关法评估两个脑区在两个方向上的有向连接;滞后邻接矩阵中的一对元素(即(i,j)和(j,i))提供了大脑区域i和大脑区域j之间直接关系的估计，反之亦然。由于这是一种基于相关性的测量方法，它并不试图评估两个大脑区域之间的有效连接。相反，我们用它来量化两个区域之间的有向功能连接，方向取决于时间优先级(即，早期区域是源，晚期区域是连接的终点)。
与其他任何方阵一样，滞后相关邻接矩阵可以唯一地表示为对称和反对称矩阵的和。具体来说，反对称矩阵捕捉功能网络的方向性，识别大脑区域对之间的相关有向连接(图1c)。我们称这种方法为反对称相关(方法:反对称相关和对称相关)。
为了强调有向网络检测PD控制和参与者之间拓扑变化的有效性，我们将我们的方法与两种无向网络方法进行了比较。在第一种方法中，功能连通度的评估为从滞后相关邻接矩阵中提取的对称矩阵(图1d)，其中两个区域之间的无向连接是对应的两个有向连接权值的和(方法:反对称和对称相关)。其次，我们还将我们的方法与量化功能连接的传统方法进行了比较，传统方法通过计算激活时间序列之间的零滞后Pearsons相关系数(图1e)来估计两个区域之间的连接强度(方法:零滞后相关)。虽然在滞后0计算对称相关时这两种方法是相同的，在较小的滞后时显示出非常高的相关性(补充图1)，但两种方法之间的相关性随着时间滞后的增加而降低。这表明，对称相关捕捉了无向连接的不同尺度作为时间滞后的函数，从而提供了一个适当的框架来比较有向和无向方法在不同时间滞后下的行为。由于零滞后相关不能有效地捕获这些不同的连通性尺度，两种方法之间的一致性在高时间滞后时下降。
我们测试了所有四种方法检测95名帕金森病患者拓扑变化的能力，并将其与15名对照者进行了比较，这些对照者使用了帕金森进展标记项目的功能MRI数据(方法:参与者)。有关这项研究的最新信息，请访问
