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基底节与大脑皮层功能和结构连接的毕生变化研究

基底节与大脑皮层功能和结构连接的毕生变化研究

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作者：杨洁电子科技大学

学位级别：硕士

人口老龄化是当今社会面临的主要问题之一。由老化引起的记忆力下降、执行功能降低、认知功能衰退等问题,严重影响了老年人的正常生活。基底节作为人类大脑最为重要的皮层下结构,在大脑信息传递中起着重要的调控作用,其功能活动会受到... 详细信息

人口老龄化是当今社会面临的主要问题之一。由老化引起的记忆力下降、执行功能降低、认知功能衰退等问题,严重影响了老年人的正常生活。基底节作为人类大脑最为重要的皮层下结构,在大脑信息传递中起着重要的调控作用,其功能活动会受到年龄的影响,但是其毕生变化的内在机制尚不清楚。当前已有大量的功能磁共振成像研究,发现诸如默认模式网络、初级运动网络等大脑功能网络随着年龄增加而降低。但是,这些研究大多基于静息态或任务态,而在包含丰富刺激内容、更贴近于日常生活的自然情景范式（如观看电影）下探究大脑毕生变化的研究仍相对缺乏。因此,本文利用观看电影状态下的功能磁共振成像手段,以18-87岁的健康成年人为研究对象,探索了衰老过程中大脑基底节-皮层功能连接的毕生变化;同时结合认知行为数据、结构磁共振成像以及弥散张量成像数据,进一步分析探讨了脑老化过程中基底节-皮层结构连接的变化,有望为脑老化的早期诊断与干预提供重要的理论参考。主要研究内容如下:首先,本文分析了基底节-皮层网络功能连接的毕生变化。基底节是皮层下参与运动和认知调控的主要中枢脑区,对大脑多种功能执行与调节具有重要意义。本文采集了观看电影下的功能磁共振成像数据,然后计算了基底节与全脑的功能连接,接着利用一般线性模型分析了年龄与基底节-皮层功能连接的关系,同时也探索了认知行为分数与基底节-皮层功能连接的关系。结果发现,随着年龄的增加,基底节内部、基底节与初级网络之间的功能连接降低;基底节与高级网络和小脑网络的功能连接既有增高也有降低。在认知行为的分析中发现,随着流体智力评分的增加,基底节内部、基底节与初级网络、尾状核与高级网络的功能连接增高;而双侧壳核/丘脑与高级网络的功能连接降低;基底节与小脑网络之间的功能连接既有增高也有降低。我们推测,这些增高的功能连接,可能是由于基底节在衰老过程中起着重要的代偿作用,一定程度上弥补衰老引起的功能衰退。然后,本文进一步分析了基底节-皮层网络结构连接的毕生变化。本文首先采用结构磁共振成像数据,利用形态学分析方法考察了基底节区域的形态学特征随年龄的毕生变化。然后,采用弥散张量成像数据,以基底节区域为感兴趣区域,利用确定性示踪方法构建基底节-皮层结构连接网络。最后利用一般线性模型探究年龄和认知行为分数与结构连接的关系。结果发现,基底节灰质体积随年龄的增加而降低;基底节内部的结构连接随年龄增加既有增高也有降低;基底节与皮层网络的结构连接随年龄增加而降低（各向异性分数降低）。在认知行为的分析中,发现流体智力评分与网络间的平均弥散率呈负相关,与各向异性分数总体呈正相关。这一结果表明大脑微结构在老化过程中会出现早期髓鞘脱落和晚期髓鞘的形成,这可能与脑功能变化存在一种互补协调关系。综上,我们推测,基底节-皮层的功能和结构连接在大脑正常老化过程中可能起着重要的代偿作用,并且功能与结构之间可能存在一种互补协同关系。这些发现为我们进一步理解真实世界中的脑老化机制提供了重要的影像学参考。

关键词：脑老化基底节脑网络自然情景范式磁共振成像

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