【摘要】：在人口老齡化趨勢加快的背景下,輕度認知障礙(Mild Cognitive Impairment,MCI)患者逐年增多,這給患者及其家屬的生活質(zhì)量造成了嚴重影響�，F(xiàn)階段,如何準確、科學、有效的評估MCI依舊是一個挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn),高血壓、睡眠、疲勞等因素是導致認知功能障礙的風險因素,但是這些因素導致認知功能障礙的機制并不明晰。近紅外光譜技術(Near-infrared spectroscopy,NIRS)可以檢測大腦皮層組織的血氧含量變化,同時具有非侵入性、便攜性、成本低、操作方便等特點。本文采用NIRS的方法構建腦功能連接和效應連接網(wǎng)絡評價模型,應用該模型研究了 MCI人群腦功能網(wǎng)絡特點,并分析了風險因素(高血壓、睡眠和疲勞)對腦功能連接的影響�；谘芯拷Y果,進行了認知康復訓練系統(tǒng)初步開發(fā)。本文首先通過量表測試的方法得到MCI人群的血壓指數(shù)、睡眠指數(shù)、疲勞指數(shù)和認知水平指數(shù)。利用回歸分析的方法確定血壓指數(shù)、睡眠指數(shù)、疲勞指數(shù)與認知水平指數(shù)的關系�；贜IRS技術建立腦功能連接和效應連接網(wǎng)絡評估模型,對MCI人群腦功能網(wǎng)絡連接特性進行評估。通過小波相位相干性的方法計算不同腦區(qū)之間的相位同步性,描述大腦的功能連接。通過貝葉斯推論的方法計算通道間的耦合強度和耦合方向以此來描述大腦的效應連接。將功能連接和效應連接的指標與認知水平進行相關性分析后發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,MCI組的小波相位相干性數(shù)值和耦合強度在第Ⅲ和第Ⅳ頻率段顯著降低。通過皮爾遜相關性分析發(fā)現(xiàn)功能連接和效應連接的指標與認知能力有較強的相關性。綜上結果所述,基于NIRS技術的腦功能網(wǎng)絡連接特性模型可以定量的評估受試者的認知水平。其次,為了分析高血壓、睡眠障礙、疲勞與認知水平的關系,本文采用NIRS實驗的方法對MCI的3個風險因素進行腦功能網(wǎng)絡連接特性分析。(1)高血壓風險人群的腦功能特性評價方法。采用14通道的NIRS設備采集高血壓組樣本和健康對照組樣本的左右前額葉、左右感覺運動區(qū)和左右枕葉的氧合血紅蛋白相對濃度(△[Hb02])信號,經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理后進行功能連接和效應連接分析。結果發(fā)現(xiàn),相對于健康對照組,高血壓組的小波相位同步性在第Ⅲ和第Ⅳ頻率段存在顯著降低,耦合強度在第Ⅲ和第Ⅳ頻率段也顯著降低。通過皮爾遜相關性分析發(fā)現(xiàn),高血壓組樣本的小波相位同步性和耦合強度與認知水平均具有較強的正相關。(2)睡眠障礙風險人群的腦功能特性評價方法。通過NIRS設備分別記錄睡眠剝奪和睡眠障礙狀態(tài)下受試者的腦血氧信號,經(jīng)過滑動平均、運動漂移去除以及巴特沃斯等方法對NIRS信號進行數(shù)據(jù)預處理,進而對信號進行功能連接和效應連接分析。結果發(fā)現(xiàn),無論是靜息態(tài)還是任務態(tài),經(jīng)過睡眠剝奪,小波相位相干性和耦合強度都出現(xiàn)下降的趨勢。NIRS信號在0.01-0.08Hz頻率段的生理含義與自發(fā)性的神經(jīng)活動有關系。通過NIRS設備記錄睡眠障礙組和健康對照組的腦血氧信號,并對0.01-0.08Hz頻率范圍內(nèi)的腦血氧信號進行功能連接和效應連接分析。睡眠障礙實驗的研究結果發(fā)現(xiàn),與健康對照組相比,睡眠障礙組樣本的小波相位相干性和耦合強度出現(xiàn)下降的趨勢。(3)疲勞風險人群的腦功能特性評價方法。在評估慢性疲勞樣本(以海員為研究對象)的腦功能網(wǎng)絡連接特性時,發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,長期的海上作業(yè)導致海員組在第Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ頻率段的小波相位同步性顯著減低。在第Ⅲ和第Ⅳ頻率段,海員組的耦合強度數(shù)值顯著低于健康對照組。最后,本文分析MCI人群及其風險狀態(tài)下的內(nèi)在腦功能連接特性,將理論研究和設計實踐相結合,設計和完善了 2個認知任務,分別為基于數(shù)字的記憶判斷任務和基于虛擬現(xiàn)實技術的模擬駕駛任務。最終目的是通過執(zhí)行不同的認知任務保持或提高訓練者的認知功能。綜上所述,本文通過采用功能連接和效應連接相結合的評估模型來反映腦功能網(wǎng)絡連接特性,同時把該模型運用到MCI及其風險因素的評估中。通過評估結果制定科學的認知訓練任務,進行計算機輔助認知訓練系統(tǒng)人機交互界面設計。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：B845
【圖文】：

未來的２年內(nèi)，遺忘型ＭＣＩ患者的海馬體的體積會出現(xiàn)顯著縮小的趨勢［４１］。但是，逡逑現(xiàn)在還沒有公認的海馬體體積萎縮標準，還需要更多的研宄數(shù)據(jù)來深化這種測量逡逑方法。圖１－３所示為認知正常（ａ）、輕度認知損害（ｂ）以及阿爾茨海默病病人（ｃ）逡逑的冠狀面ＭＲＩ掃描圖像。箭頭位置表示的是大腦內(nèi)海馬體結構的萎縮情況，圖中逡逑描繪了海馬體從認知正常到輕度認知障礙再到阿爾茨海默病的發(fā)展狀況。海馬體逡逑體積的大小也可以作為評估ＭＣＩ的一項指標。逡逑６逡逑

圖１－４近紅外光譜檢測原理（ａ）近紅外波段吸收光譜圖（ｂ）技術原理圖逡逑人體體內(nèi)代謝活動的變化會引起組織內(nèi)血氧含量的變化，而血氧含量的不斷逡逑變化會導致組織內(nèi)光學特征的變化。如圖１－４邋（ａ）所示，生物組織在近紅外波段逡逑（７００？９００ｎｍ）有較深的穿透性，這一波段被稱作“光譜窗”［４９］。圖１－４邋（ｂ）所示逡逑為近紅外光的有效探測深度是近紅外光源及探頭距離的一半。ＮＩＲＳ技術可以探測逡逑穿過組織后的近紅外光的吸收譜，利用朗伯比爾定律可以計算得出所探測區(qū)域組逡逑織內(nèi)的氧合血紅蛋白（［Ｈｂ0２］）和還原血紅蛋白（：［ＨＨｂ］）的相對濃度數(shù)據(jù)。與［ＨＨｂ］逡逑相比，［Ｈｂ０２］信號具有更好的信噪比。本研究選用［Ｈｂ０２：｜信號進行分析，并用于后逡逑續(xù)的大腦連接特性的研究。逡逑國內(nèi)外的大量研究表明ＮＩＲＳ是腦功能研宄的一種有效方法多通道逡逑ＮＩＲＳ設備的不斷出現(xiàn)為大腦功能網(wǎng)絡連接特性的研宄帶來了更多的可能性。逡逑ＮＩＲＳ技術在腦功能網(wǎng)絡成像的研究上有以下幾個優(yōu)勢：逡逑（１）

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本文編號：2732728