绘制静息态 fMRI 中视觉皮层的区域均匀性和功能连接性

Summary

我们提出了一种分析功能磁共振成像数据的方案，以使用结合区域均匀性和功能连接方法研究视网膜色素变性患者的自发神经活动改变。

Abstract

区域均匀性 （ReHo） 和功能连接 （FC） 方法是一种无创功能磁共振成像 （fMRI） 方法，已被用于评估视网膜色素变性 （RP） 的同步神经元活动变化。本研究的目的是描述我们分析 RP 患者神经元活动变化的区域内和区域间同步的方法。ReHo 和 FC 联合方法的优点是它既无创又足够敏感，可以研究体内大脑同步神经元活动的变化。在这里，16 名 RP 患者和 14 名健康对照者在年龄、性别和教育程度上非常匹配，接受了静息态 fMRI 扫描。进行 2 个样本 t 检验以比较各组的 ReHo 和 FC。我们的结果显示，RP 患者发生视觉网络断开以及视网膜丘脑皮质通路和背侧视觉流的重组。在这里，我们逐步描述了这种方法的详细信息、它的使用以及它的关键参数的影响。

Introduction

功能磁共振成像 （fMRI） 是一种无创方法，可用于研究体内大脑功能和结构的改变。区域同质性 （ReHo） 和功能连接 （FC） 通常用于评估大脑活动的区域内和区域间同步。ReHo 是一种静息态 fMRI 方法，用于计算给定体素的时间序列与其最近邻域之间的相似性，这反映了大脑活动的局部同步¹。FC 用于研究空间远程区域时间序列² 之间的相似性。

fMRI 技术可以在眼病管理的情况下提供对视觉功能的客观评估。在这里，我们提出了一种结合了 ReHo 和 FC 方法的方法论方案，以分享这些经验并支持我们专业知识的传播。在本工作中，我们在视网膜色素变性 （RP） 受试者和健康对照 （HCs） 中使用 ReHo 和 FC 方案来详细说明该程序的细节。RP 是一种严重的遗传性眼病，其特征是夜视受损和进行性视力丧失 ^3,4。基因突变是 RP 的主要危险因素。视杆细胞和视锥细胞的死亡导致 RP 患者周边视力丧失，最终失明。先前的神经影像学研究表明 RP 患者的视觉皮层和视觉通路存在结构和功能异常 ^5,6,7

Protocol

该研究方案得到了武汉大学人民医院医学伦理委员会的批准。所有参与者都填写了一份书面同意书。

1. 参与者分类和筛选

1. 招募年龄、性别和教育程度高度匹配的 RP 受试者和 HC。
2. 确保所有参与者都符合以下标准: 1） 能够使用 MRI 扫描仪进行扫描（例如，没有心脏起搏器或植入的金属装置）;2） 没有幽闭恐惧症;3） 无心脏病、高血压或脑部疾病。

2. fMRI 数据的获取

注意:本协议中使用了具有八通道头线圈的 3 T MRI 扫描仪。

1. 在进行最终安全检查后，要求每位参与者在进入 MRI 扫描仪室之前移走金属物体。
2. 指导参与者躺在床上，确保眼眶道口线垂直于床。然后在头部的双侧颞区放置泡沫垫以防止头部移动，并提供耳塞以降低扫描仪的噪音。
3. 指导参与者躺着休息，闭上眼睛不要睡着，扫描过程中不要特别想任何事情。
4. 通过定位灯调整参与者的头部位置。确保轴定位光标平行于外眦，并且矢状定位光标与面部中线重合。接下来，移动床，使轴定位光标保持在参与者眉毛上方或下方 2 厘米处。
5. 通知参与者扫描会话的开始。使用扫描控制台，启动结构定位器扫描，以确定参与者头部在扫描....

Results

在我们的研究中，16 名 RP 个体和 14 名健康对照者在年龄、性别和教育程度上非常匹配，接受了静息态 fMRI 扫描。使用 ReHo 和 FC 方法探索 RP 个体的同步内和同步神经元活动。在右眼 （P < 0.001） 和左眼 （P < 0.001） 之间观察到 BCVA 的显著差异，但两组之间性别、年龄或体重的差异不显著。

RP 和 HCs 在 ReHo 映射中显示出相似的空间分布。然而，RP 患者视野区域的 ReHo 值显着低于对照组（图 3A，B）。与 HC 相比，与 HC 相比，双侧 LGG/CPL （BA 17,18） 中 RP 个体的 ReHo 值显着降低 （图 4 和表 1） （双尾，体素水平 P < 0.01，GRF 校正，簇水平 P < 0.05）。

与 HCs 组相比，RP 组显示双侧 LGG.......

Discussion

本报告介绍了一种用于计算 RP 和 HC 组的 ReHo 和 FC 值的协议，并显示了两组之间的 ReHo 和 FC 值明显不同。值得注意的是，此过程的一个重要步骤是在实验前对样品进行分类和筛选。当我们将该方案应用于我们自己的分析时，所有 RP 受试者均由两位经验丰富的眼科医生诊断。我们排除了患有其他眼病（如青光眼、白内障和视神经萎缩）的 RP 患者。此外，参加本研究的 HCs 没有心脏病、脑病或高血压。结果表明，RP 参与者视觉皮层和视觉皮层与运动皮层之间的 FC 的 ReHo 值显著降低，视觉皮层与丘脑之间的 FC 增加。Qin 等人证明，RP 患者在 V1 中表现出 FC 密度降低，这与我们的发现一致。¹⁰ 这些发现可能表明视网膜丘脑皮层通路和背侧视觉流的内在视觉网络的断开和重组，表明视觉空间和立体视觉障碍。

该协议中的另一个重要问题是统计分析。当使用 DPABI 软件进行双样本 t 检验以比较 ReHo 和 FC 指数时，在统计分析过程中去除了干扰协变量（年龄.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BrainNet Viewer 软件	北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室	BrainNet Viwer 2013	BrainNet Viewer 是一种脑网络可视化工具，用于可视化结构和功能连接模式
DPABI 软件	中国科学院心理研究所，中国北京	DPABI 4.3	DPABI 是一个用于脑成像数据处理和分析的工具箱。
MATLAB	MathWorks，美国马萨诸塞州内蒂克市	2013aMATLAB	是一种高级技术计算语言和交互式环境，用于算法开发、数据可视化、数据分析和数值计算。
MRI 扫描仪	GE Healthcare，密尔沃基	MRI 3.0
SPM 软件	Wellcome 人类神经影像中心，UCL	SPM8	SPM8 是 SPM 软件的重大更新，包含对以前版本的大量理论、算法、结构和界面增强。
SPSS	IBM，美国伊利诺伊州芝加哥	SPSS 20.0 版	SPSS 软件平台提供高级统计分析、文本分析、开源可扩展性、与大数据的集成以及无缝部署到应用程序中。