在阿尔茨海默病和轻度认知功能损害的定向功能连接格兰杰因果关系分析中的应用

Summary

我们基于静息态功能磁共振成像与格兰杰因果分析法，研究了定向功能连接后扣带皮层与整个大脑在阿尔茨海默病 (AD) 患者、 患者轻度认知功能损害 (MCI) 和健康对照组之间改建。

Abstract

受损功能连接在默认模式网络 (DMN) 可能参与阿尔茨海默病 (AD) 的进展。后扣带皮层 (PCC) 是一个潜在的成像标记为监测进展的广告。以前的研究没有集中的功能连接 PCC 和节点以外 DMN，地区之间，但我们的研究是努力探索这些被忽视的功能连接。收集数据，我们使用功能磁共振成像 (fMRI) 和格兰杰因果关系分析 (GCA)。功能磁共振成像提供研究大脑不同区域之间的动态相互作用的非侵入性方法。GCA 是确定一次性系列是否有用在预测另一个统计假设检验。简单来说，就判断比较"已知的最后一刻，在这次的 X 的概率分布上的所有信息"和"都已知的最后时刻，只 Y，此时 X 的概率分布上的所有信息"，以确定是否 Y 和 X 之间的因果关系。这个定义基于完整的信息源和固定的顺序。这一分析的主要步骤是使用 X 和 Y 建立的回归方程，并画一种因果关系的假设检验。因为一般配合力效应可以衡量因果效应，我们用它来调查功能连通性的各向异性和探讨 PCC 的枢纽作用。在这里，我们筛选出 116 参与者进行 MRI 扫描，和经过预处理从神经影像学获得的数据，我们用于 GCA 派生的每个节点的因果关系。最后，我们总结的定向的连接是轻度认知功能损害 (MCI) 和广告组，对全脑 PCC 和 PCC 的整个大脑之间显著不同。

Introduction

广告是，可以使用组织病理、 电生理和神经影像学¹诊断中枢神经系统退行性疾病。与内存相关 DMN 是重要的系统的相互作用的大脑区域，与广告，关联和其异常的作用的特点是 AD^2，3。PCC 是传统默认网络在静息状态的重要区域，起着关键作用，情景记忆、 空间注意、 自我评价和其他认知功能^{4，5，，67}。此外，它可能是成像监测指标的 AD 进展。使用 GCA，廖等人发现 PCC 是一个区域的多个 cytoarchitectonics 具有多个连接和脑功能结构⁸中扮演重要的角色。钟等人报告说，PCC 相互作用收到多数其他区域内 DMN³辐合中心。此外，庙等人证明，DMN 枢纽地区，PCC 与其他节点⁹的最大的因果关系。在一起，所有这一证据表明 PCC 的定向的连接是有价值的广告研究和 PCC 有待进一步深入作为 DMN 至关重要的....

Protocol

本研究经浙江省人民医院伦理委员会批准。每个登记的受试者都签署了书面知情同意书。

1. 样本分类和筛选

1. 诊断 116 名患者并将其分为 AD 和 MCI 组。
   注意：使用 2011 年国家神经和交流障碍和中风研究所和阿尔茨海默病和相关疾病协会 （NINCDS-ADRDA） 诊断标准和简易精神状态检查 （MMSE） 标准来识别和分类 MCI，这在 Yu 等人中有详细描述。¹⁰
2. 选择运行状况良好的对照组中的参与者。
   注意：对照组的年龄、性别和教育水平与 MCI 和 AD 组的患者相匹配。
3. 通过 MMSE^{10 评估所有科目}。
4. 排除不符合纳入标准的受试者。对于所有受试者，Yu 等人提到了排除标准。¹⁰
5. 使用 MRI 扫描受试者;排除由于头部运动而无法使用数据的受试者。
   注意：最终，我们筛选了 26 名 MCI 患者、32 名 AD 患者和 58 名对照患者。

2. 收购神经影像学

1. 在进入 3.0 T MRI 实验室之前，请清除金属和磁性物体。
2. 在磁共振扫....

Results

人口统计信息

表 1 显示了受试者的特征。所有受试者的教育程度均为初级或以上。三组之间的年龄、性别和教育水平相似 （P >0.05），而 MMSE 分数差异显著 （p <0.01）。

定向脑功能连接

首先确定了整个大脑中的活动节点。使用 GCA 技术，确定了 AD、MCI 和对照组中 PCC 到全脑和全脑到 PCC 的定向功能连接 （图 1， 图 2;表 2、3）。

与正常对照组相比，AD 组从整个大脑到 PCC 的定向连接得到增强，并且主要集中在 DMN 外的双侧小脑区域。与对照组相比，AD 组从 PCC 到整个大脑的定向连接显着降.......

Discussion

本报告介绍了过程比较了定向功能 PCC 给整个大脑，从整个大脑与连接之间广告，PCC MCI 和对照组。此外，这一进程的关键一步是样本的分类和筛选实验前。因此，分类和筛选标准至关重要，因为如果他们是错误的可以影响结果的准确性。在议定书 》 中所列，我们用于 2011 NINCDS ADRDA 诊断标准和 MMSE 和标准的 MCI; 鉴定和分类我们筛选标准也述上述协议。我们排除了那些不适合审判，，然后，准确分类的其余的病人，这是为后面的实验根本的病人。关键的一般配合力分析来自定向功能连接 PCC 给整个大脑，从全脑到之间的广告，MCI，PCC 和对照组使用的数据所得影像。我们在本议定书中提出一般配合力分析详细的信息。这种技术发现在定向连接组之间的显著差异，好的解释，AD 进展与功能变化的相关性。

在我们的这项研究的数据分析，差异发生之间个人 （不包括年龄、 性别和教育水平，因为这些是类似之间 3 组，并且因此，很难作出客观的评价的结论）。要解决此问题，我们分析的数据组，而不是单个的数据。每个组中的变量表示为均值和 SD 和连续变量作为数字和百分比，使用卡方检验。通过这种定量的评估，.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
116 名患者	浙江省人民s 医院	-	本研究获浙江省人民伦理委员会批准s 医院。每个登记的受试者都签署了一份书面知情同意书。
西门子 Trio 3.0 T MRI 扫描仪	西门子， 埃尔朗根， 德国	20571	配备 AudioComfort，可将噪音降低高达 90%;以低噪音水平提供高性能;超轻量线圈;独特的 MRI 序列设计;无限制地支持高达 400 磅的重量。
RESTplus	杭州师范大学，中国浙江省杭州	20160122	RESTplus 从 REST（静息态 fMRI 数据分析工具包）演变而来，RESTplus 是一个方便的工具包，用于计算功能连接性 （FC）、区域均匀性 （ReHo）、低频波动幅度 （ALFF）、分数 ALFF （fALFF）、Gragner 因果关系、度中心性、体素镜像同位素连接性 （VMHC） 并进行统计分析。
DPARSF	杭州师范大学，中国浙江省杭州	130615	息态 fMRI 数据处理助手 （DPARSF） 是 DPABI 中基于 SPM 的便捷插件软件。您只需排列 DICOM 文件，然后单击几个按钮设置参数，DPARSF 就会给出所有预处理的数据、功能连接、ReHo、ALFF/fALFF、度中心性、体素镜像同位连接 （VMHC） 结果。
SPSS	SPSS Inc.，美国伊利诺伊州芝加哥-		SPSS 提供详细的分析选项，以更深入地研究数据并发现您可能没有注意到的趋势。