多元分析方法在功能磁共振成像中的應(yīng)用.pdf

1、人類(lèi)大腦是一個(gè)復(fù)雜而且神秘的結(jié)構(gòu)，盡管科學(xué)家們進(jìn)行了眾多相關(guān)研究，大腦在很大程度上仍然是一塊未知領(lǐng)域。大腦指導(dǎo)控制了人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)、思維、語(yǔ)言、意識(shí)、情感、記憶等等重要的行為，同時(shí)保持大腦健康才能讓自己清醒思考，明白做事。認(rèn)識(shí)腦和維持大腦健康已經(jīng)成為現(xiàn)階段最有挑戰(zhàn)和最有意義的一項(xiàng)科學(xué)研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，已經(jīng)有很多成像手段可以用來(lái)對(duì)大腦進(jìn)行觀測(cè)研究，其中，功能磁共振成像fMRI因其非侵入性和空間高分辨率等特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外廣泛

2、應(yīng)用于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、思維、情緒等高級(jí)認(rèn)知方面的研究，同時(shí)也逐步邁入疾病研究領(lǐng)域。靜息狀態(tài)的腦功能活動(dòng)是目前fMRI應(yīng)用于腦功能研究的熱點(diǎn)之一，多項(xiàng)研究表明人腦在清醒靜息狀態(tài)某些區(qū)域呈現(xiàn)較強(qiáng)的激活狀態(tài)。這些區(qū)域組成了一個(gè)特定的功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（缺省模式網(wǎng)絡(luò)）。
　　當(dāng)前基于fMRI的大腦研究多是采用模型驅(qū)動(dòng)的廣義線性模型分析GLM算法，該算法比較依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，旨在考查某些腦區(qū)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征與已知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之間的相關(guān)程度。然而對(duì)于一些疾病

3、、藥物干涉等引起的腦區(qū)刺激，我們無(wú)法事先對(duì)血液動(dòng)力學(xué)函數(shù)做出預(yù)測(cè)，這也就使得我們的研究具有一定的局限性。例如偏頭痛疾病，它是反復(fù)發(fā)作的一種搏動(dòng)性頭痛，屬眾多頭痛類(lèi)型中的“大戶(hù)”。發(fā)作前常有閃光、視物模糊、肢體麻木等先兆，同時(shí)可伴有神經(jīng)、精神功能障礙。海洛因是一種極易上癮的毒品，長(zhǎng)期服用海洛因的人一旦停用會(huì)出現(xiàn)焦慮不安、易發(fā)脾氣等情緒障礙。偏頭痛疾病或海洛因成癮在病發(fā)的時(shí)候都可能會(huì)引起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變化。隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法（ICA,模式分類(lèi)等）

4、的發(fā)展以及在fMRI中的應(yīng)用，拓展了數(shù)據(jù)處理和分析的手段。這些方法不需要預(yù)先知道實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，克服了單體素分析的不足，具有通過(guò)整合多個(gè)體素的信息，從多元角度對(duì)整個(gè)大腦進(jìn)行分析的特點(diǎn)。
　　于是本文引入ICA和模式分類(lèi)這兩種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的多元分析方法來(lái)研究大腦的工作機(jī)制。首先應(yīng)用ICA方法研究了視覺(jué)相關(guān)穴位光明穴(GB37)和非視覺(jué)相關(guān)穴位交信穴(KI8)，通過(guò)兩組穴位前后靜息態(tài)以及針刺后靜息態(tài)的分析，發(fā)現(xiàn)針刺這兩個(gè)不同的穴位雖然空間分布相

5、似，但時(shí)域卻成反向相關(guān)，從而在一定程度上證明了穴位特異性的存在。然后對(duì)于偏頭痛患者和正常人對(duì)照的一組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了類(lèi)似的ICA分析，發(fā)現(xiàn)了兩者之間差異很大的空間激活模式，而之前的研究也有相關(guān)的報(bào)道。接著引入模式分類(lèi)方法對(duì)海洛因成癮者與正常人的靜息態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類(lèi)，根據(jù)分類(lèi)正確率判斷兩者激活差異，這里用到了兩種特征提取方法SVD和NMF，分類(lèi)器選擇了最常用的SVM，結(jié)果表明NMF更容易把兩種人的靜息態(tài)分類(lèi)。最后使用NMF特征提取方法和SVM分