静息态fMRI+图论研究：难治性精神分裂症的脑功能网络

笔者比较关注精神疾病脑功能网络的变化特征，因此，最近都在看相关的文献。本次，笔者就给大家分享一篇相关的论文，该论文发表于《Schizophrenia Research》杂志，题目为“Functional brain networks in treatment-resistant schizophrenia”。该研究论文主要结合静息态fMRI和图论来研究难治性精神分裂症的脑功能网络异常变化特征。这里，笔者对这篇论文做简单的剖析，希望对做相关研究的朋友有所帮助。

研究方法和数据分析

1.研究中募集42个难治性精神分裂患者（Treatment-resistant schizophrenia,TRS）和42个健康被试，被试的具体情况如图1所示。
2.被试进行MRI扫描，获得fMRI和T1数据。

图1

3.fMRI数据的预处理使用FSL (FMRIB Software Library, www.fmrib.ox.ac.uk) 和 SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)软件，按照标准预处理流程进行处理。
4.预处理过的fMRI数据用AAL 116 atlas进行分割，然后计算这116个脑区两两之间的皮尔森相关系数；然后，使用network-based statistic (NBS)分析方法研究TRS和健康对照组之间哪些功能连接之间存在显著差异；依据116个脑区的解剖位置，把这116个脑区进一步分为frontal, parietal, temporal, occipital, subcortical和 posterior 脑叶，并统计每对脑叶之间或每个脑叶内部显著降低的连接数目。
5.接下来，论文采用不同的threshold对计算得到的116*116功能连接进行二值化，在此基础上计算功能网络的Global efficiency 和 local efficiency，并采用100个匹配的random network对这两个参数进行归一化，以便在TRS和健康对照组之间可以进行统计比较。
6.为了验证上述分析的可重复性，另外采用Craddockatlas重复上述分析。具体的分析流程，如图2所示。

图2

主要结果

  1. TRS和健康对照组之间的平均功能连接强度之间存在显著差异（P=0.003）,如图3a所示。图3b是两个被试组的平均功能连接矩阵。NBS分析结果显示，与健康对照组相比，TRS组表现出多条强度降低的功能连接（共计228个，占总功能连接的3.4%），而未发现TRS组强度增强的功能连接，如图3c所示。尽管这些强度降低的功能连接存在于所有6个脑叶（frontal, parietal, temporal, occipital, subcortical和 posterior 脑叶）之间，但是，主要存在于fronto-temporal, fronto-occipital,temporo-occipital 和 temporo-temporal 脑叶之间，如图4a所示。

    图3

  2. 如图4a所示，TRS组的强度降低的功能连接主要存在于fronto-temporal, fronto-occipital,temporo-occipital 和 temporo-temporal 脑叶之间；进一步的研究发现，对于temporal叶来说，大部分强度降低的功能连接位于temporal叶的Heschl’s gyrus和frontal 叶之间（如图4b）;对于occipital叶来说，大部分强度降低的功能连接位于occipital叶的cuneus和frontal 叶之间（如图4c）; 对于frontal叶来说，大部分强度降低的功能连接位于frontal叶的paracentral lobule和occipital 叶之间（如图4d）。

  3. 与健康对照组相比，TRS的global efficiency显著降低，而local efficiency显著增加，如图3d所示。

    图4

总结
总之，该研究结合静息态fMRI+图论分析的方法来研究难治性精神分裂症功能脑网络的拓扑参数异常变化特征，得到了一些很有价值的结果。

参考文献：
Ganella E P , Bartholomeusz C F , Seguin C .Functional brain networks in treatment-resistant schizophrenia.[J]. 2017.

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