本文關(guān)鍵詞：下額枕束及其分段與注意功能的影像遺傳學(xué)研究

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【摘要】：影像遺傳學(xué)是結(jié)合多模態(tài)神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)和遺傳學(xué)方法,深入探討大腦結(jié)構(gòu)及與認(rèn)知等行為相關(guān)腦功能的遺傳變異,為探索基因多態(tài)性對(duì)大腦行為及行為的潛在影響奠定了基礎(chǔ)。下額枕束(IFOF)作為腦內(nèi)最長(zhǎng)的聯(lián)絡(luò)纖維之一,發(fā)出纖維連接枕葉皮層、顳葉基底部、頂上小葉至額葉,并穿行外囊／最外囊等結(jié)構(gòu),為大腦功能提供重要的解剖基礎(chǔ)�；诶w維束骨架的空間統(tǒng)計(jì)方法(TBSS)、感興趣(ROI)及概率性纖維追蹤等方法,大多是描述某一區(qū)域中所有白質(zhì)纖維束的微觀屬性,并不能從準(zhǔn)確說(shuō)明IFOF的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)屬性。因此我們采用確定性纖維追蹤的方法,該方法能夠完整的描述白質(zhì)纖維束的屬性,因其追蹤精度較高,被廣泛應(yīng)用于成人、兒童和疾病研究中。在功能方面,下額枕束可能參與語(yǔ)言系統(tǒng),并為視覺(jué)空間注意提供解剖連接,尤其是腹側(cè)視覺(jué)注意系統(tǒng)。盡管直接的額頂連接是注意網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,然而由于下額枕束走形的復(fù)雜性,其在注意三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)(警覺(jué)、定向和執(zhí)行控制)中的作用尚未有定論。慢性視覺(jué)缺失病人中右側(cè)額頂連接的損傷能夠引起空間注意的定向障礙,但是也有研究指出下額枕束的額頂連接并不參與定向功能。同樣,在疾病研究中,IFOF白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)屬性的改變與多種注意缺陷疾病有關(guān),如精神分裂癥(SCZ)、自閉癥譜系障礙(CD)、注意缺陷多動(dòng)障礙(ADHD)等,然而在功能上這些疾病卻表現(xiàn)為不同注意功能子網(wǎng)絡(luò)的缺失。因此探索下額枕束分別在三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中的作用能夠?yàn)樽⒁馊毕菁膊〉脑\斷和分類(lèi)提供解剖基礎(chǔ)。分段研究能夠?qū)ο骂~枕束在注意網(wǎng)絡(luò)中的作用進(jìn)行更深入的研究。在漸進(jìn)性核上癱患者中,相對(duì)于下額枕束內(nèi)側(cè)段和枕葉段,其下額枕束額葉段的體素?cái)?shù)量減少、部分各向異性值明顯降低,而表觀彌散系數(shù)明顯增加。除此之外,多模態(tài)研究也發(fā)現(xiàn),額葉區(qū)下額枕束的側(cè)化與執(zhí)行控制功能有相關(guān)性。因此使用確定性纖維追蹤的方法追蹤下額枕束并根據(jù)腦區(qū)將其分段,不僅能夠?yàn)樽⒁馊毕菁膊〉闹委熖峁┙馄识ㄎ?也能夠更好的解決目前研究中存在的關(guān)于下額枕束的爭(zhēng)議。大腦結(jié)構(gòu)、功能的發(fā)育和退化是受到遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,因此,遺傳度的研究為探索遺傳因素和環(huán)境因素對(duì)性狀的影響程度提供了可能。雙生子法是目前已知的最常用于遺傳度研究的方法,該方法比較了100%基因相同的同卵雙生子的性狀相似度和只有50%基因相同的異卵雙生子的相似度。然而不同年齡階段受到遺傳因素的影響程度也是不同的,青春期是人體生長(zhǎng)發(fā)育的重要時(shí)期,此階段大腦的結(jié)構(gòu)和功能也進(jìn)一步發(fā)育成熟,其遺傳度應(yīng)有其獨(dú)特的發(fā)育模式。青壯年或采用大年齡跨度樣本的研究結(jié)果并不足以作為青春期遺傳度的標(biāo)準(zhǔn)。因此,本研究擬用確定性纖維追蹤的方法先描述IFOF整體的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)屬性,由于其走形跨越多腦區(qū),在不同腦區(qū)中受到不同交叉纖維的影響,將IFOF根據(jù)不同腦區(qū)分段,為深入研究結(jié)構(gòu)-功能相關(guān)性提供解剖位點(diǎn)；采用相關(guān)分析進(jìn)一步研究IFOF及其分段與注意三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性,并利用青春期雙生子受試者的優(yōu)勢(shì),確定遺傳因素對(duì)白質(zhì)纖維束、注意功能以及兩者相關(guān)性的影響。本研究分為三個(gè)部分,摘要如下：第一部分：下額枕束及其側(cè)化與注意功能的相關(guān)性研究研究目的注意缺陷疾病在功能上可表現(xiàn)為警覺(jué)、定向或執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)效率的降低,而在結(jié)構(gòu)上,均存在下額枕束自質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)屬性的改變。本研究旨在探索IFOF的白質(zhì)屬性是否能夠同時(shí)影響注意功能的三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。材料與方法本研究征集60名15～20歲的健康志愿者,以注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)試作為實(shí)驗(yàn)范式,測(cè)定受試者的警覺(jué)、定向和執(zhí)行控制功能的比率得分。對(duì)志愿者進(jìn)行GE 3.0T磁共振掃描,采集DTI數(shù)據(jù)。利用FSL進(jìn)行預(yù)處理,通過(guò)Diffusion Toolkit進(jìn)行確定性纖維追蹤,在TrackVis中可視化纖維束的完整走行并計(jì)算其FA值和MD值。所有的統(tǒng)計(jì)分析在SPSS中進(jìn)行。研究結(jié)果FA值結(jié)果顯示,左側(cè)IFOF的平均FA值小于右側(cè),IFOF呈現(xiàn)右側(cè)化；而對(duì)MD值的分析結(jié)果顯示,左側(cè)IFOF的平均值大于右側(cè),IFOF的平均MD值出現(xiàn)左側(cè)化傾向。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果中,左側(cè)IFOF的平均FA值與執(zhí)行控制比率得分呈明顯正相關(guān)性,而右側(cè)IFOF的平均FA值與執(zhí)行控制得分呈負(fù)相關(guān),此外,FA值的右側(cè)化也與執(zhí)行控制得分呈明顯負(fù)相關(guān)。左側(cè)和右側(cè)IFOF的平均MD值及MD值側(cè)化指數(shù)均未發(fā)現(xiàn)與注意功能的明顯相關(guān)性。結(jié)論右側(cè)大腦半球是注意功能的優(yōu)勢(shì)半球,下額枕束的髓鞘化程度呈現(xiàn)明顯右側(cè)化傾向,隨著右側(cè)IFOF髓鞘化程度的增加及IFOF髓鞘的右側(cè)化程度增加,執(zhí)行控制功能均明顯提高。第二部分：下額枕束的分段與注意功能的相關(guān)性研究研究目的下額枕束走行長(zhǎng)而復(fù)雜,在不同腦區(qū)中受到不同交叉纖維的影響,從而可能影響其白質(zhì)結(jié)構(gòu)屬性及其在功能連接的作用。本研究利用差值的方法,將下額枕束按其經(jīng)過(guò)的腦區(qū)分為5段,進(jìn)一步研究不同腦區(qū)中IFOF的微觀結(jié)構(gòu)屬性與注意網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。材料與方法從青島市疾控中心招募60名15～20周歲的健康青少年,給予受試者GE3.0T磁共振掃描,采集結(jié)構(gòu)像和DTI圖像數(shù)據(jù)。使用注意網(wǎng)絡(luò)測(cè)試范式對(duì)受試者進(jìn)行注意功能的測(cè)評(píng),獲得其警覺(jué)、定向、執(zhí)行控制得分。應(yīng)用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化工具ANTs將MNI結(jié)構(gòu)圖譜的分區(qū)信息配準(zhǔn)到MR圖像中,并在Matlab中利用差值的方法,將纖維束標(biāo)記并分段。將分段的纖維束在SmartPLS結(jié)構(gòu)方程模型中與注意三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn),并根據(jù)模型分析結(jié)果在SPSS中構(gòu)建多元回歸模型,以得到分段的白質(zhì)屬性對(duì)注意功能的影響程度。研究結(jié)果在結(jié)構(gòu)方程模型中得到左側(cè)頂葉段和島葉段的FA值能夠影響警覺(jué)得分,左側(cè)額葉段和右側(cè)枕葉段的FA值能夠影響執(zhí)行控制得分。在多元回歸模型中得到相同的結(jié)果,并且發(fā)現(xiàn),左側(cè)頂葉和左側(cè)島葉段對(duì)警覺(jué)得分為低水平正向影響,而左側(cè)額葉段和右側(cè)枕葉段對(duì)執(zhí)行控制得分均為中等水平負(fù)向影響。未發(fā)現(xiàn)與定向功能相關(guān)的纖維束分段。IFOF的側(cè)化呈現(xiàn)節(jié)段不一致。對(duì)FA值側(cè)化的研究發(fā)現(xiàn),額葉段、島葉段、顳葉段和頂葉段的平均FA值均為右側(cè)化,而枕葉段是左側(cè)化傾向；MD值側(cè)化的研究發(fā)現(xiàn),額葉段和島葉段的平均MD值出現(xiàn)右側(cè)化傾向,而顳葉段、頂葉段和枕葉段均為左側(cè)化傾向。進(jìn)一步對(duì)分段的側(cè)化研究表明,經(jīng)多重比較校正之后,只有執(zhí)行控制得分隨枕葉段FA值的右側(cè)化增大而降低。未發(fā)現(xiàn)纖維束側(cè)化與警覺(jué)、定向功能的相關(guān)性。結(jié)論本研究揭示了纖維束分段方法在大腦結(jié)構(gòu)-功能相關(guān)性研究中的優(yōu)勢(shì),為注意缺陷疾病和注意結(jié)構(gòu)腦網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)研究提供了解剖基礎(chǔ)。同時(shí),IFOF分段側(cè)化的不一致性可能是導(dǎo)致IFOF的側(cè)化研究產(chǎn)生爭(zhēng)議的原因。第三部分：下額枕束及其分段與注意功能的遺傳相關(guān)性研究研究目的大腦結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)育以及結(jié)構(gòu)-功能相關(guān)性是受到遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。目前對(duì)IFOF的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)屬性和注意功能三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的遺傳度研究存在爭(zhēng)議,且缺少對(duì)青春期遺傳度的研究。對(duì)于兩種特性的遺傳相關(guān)性及表現(xiàn)型相關(guān)受到遺傳因素影響的程度目前均無(wú)研究。材料與方法本研究從青島雙生子庫(kù)招募30對(duì)健康雙生子,IFOF及其分段的白質(zhì)屬性與行為學(xué)得分的表現(xiàn)型相關(guān)的研究方法如前所述。在基于R語(yǔ)言環(huán)境的OpenMx中構(gòu)建ACE模型,分別計(jì)算IFOF及其分段和警覺(jué)、定向、執(zhí)行控制的遺傳度。應(yīng)用雙變量遺傳分析方法計(jì)算兩種特性的遺傳相關(guān)性以及兩種特性的表型相關(guān)受到遺傳因素影響的程度。研究結(jié)果下額枕束整體的平均FA值和MD值均受到中等程度遺傳因素的影響,然而在分段研究中,左側(cè)額葉段和頂葉段的FA值以及右側(cè)島葉段和枕葉段的MD值未發(fā)現(xiàn)明顯的遺傳因素影響。注意的三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中,警覺(jué)功能未發(fā)現(xiàn)受到遺傳因素的明顯影響,定向和執(zhí)行控制功能的遺傳度為中度遺傳。雙變量遺傳相關(guān)性研究表明,執(zhí)行控制得分與左側(cè)下額枕束和右枕葉段FA值的遺傳相關(guān)性分別為0.916和-0.570,且基因?qū)Ρ硇拖嚓P(guān)的影響程度分別為0.452和-0.168；其與右側(cè)下額枕束和左側(cè)下額枕束FA值的環(huán)境相關(guān)性分別為-0.379和-0.555,且環(huán)境因素對(duì)表型相關(guān)性的影響程度分別為-0.228和-0.244。結(jié)論影響執(zhí)行控制功能的基因在一定程度上能夠同時(shí)影響左側(cè)下額枕束和右枕葉段FA值,說(shuō)明了兩種特性存在共同的生理學(xué)機(jī)制并為進(jìn)一步的全基因組關(guān)聯(lián)分析的研究奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R338

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1 冷媛;下額枕束及其分段與注意功能的影像遺傳學(xué)研究[D];山東大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1295377