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 AD2，3。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 至关重要的地区。
以往的研究仅仅局限在 PCC 和内 DMN; 其他区域之间的连接然而，定向功能连接 PCC 和大脑区域外 DMN，以及他们对广告的影响之间的变化尚未探索的10。我们进一步研究了这未知的功能连接在正常对照组、 MCI，患者和 AD 患者。通过观察 PCC 和整个大脑区域之间的直接的连接，我们旨在澄清与 AD 进展，相关的脑功能变化，从而建立了新型的客观依据，评估疾病的严重程度。
功能连接是指在脑血液氧水平依赖 (BOLD) 功能磁共振成像信号区域间的互动，可以通过同步低频波动 (LFFs) 表示。因此，为观察 PCC 和其它脑区之间的功能连接，我们分析了 PCC 和全脑网络之间的功能连接的功能磁共振成像使用 GCA，pcc 作为区域的利息率 (ROI)。这项技术直接推导出使用从神经影像学11获得的数据的每个节点的基本关系。最近，GCA 已被应用于脑电图 (EEG) 和功能磁共振成像研究，以揭示大脑区域12之间的因果效应。所有这些研究都表明 GCA 技术可能是最优检测在大脑中的每个节点之间的因果关系。
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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，我们可以客观地评价 PCC 和整个大脑区域之间的直接的连接和澄清与大脑中的 AD 进展相关的功能变化。
虽然线性相关性和独立分量分析 (ICA) 已被广泛用于研究的功能连通性，这些结果有没有方向性。不仅是测量功能磁共振成像时间序列的因果效应，也是要显示的动态和方向的 rs-功能磁共振成像14，15日得到的大胆的信号，可以利用一般配合力。
我们分析了 PCC 和 GCA 用 PCC 作为投资回报率和定向连接发现的差异的广告，MCI，全脑网络之间的直接的连接组和对照组。因此，我们得出了 PCC，作为重要枢纽的 DMN 的大脑区域，具有重大的影响对 AD 进展。PCC 不仅可以显示出异常在接收信息，也在传递信息中显示异常。此外，这项研究显示在所有的脑区与异常连接信息的传输是定向的除了个别节点 （左额叶中回和左楔前叶），因为这些脑区的异常是单方面。这项研究的另一个有趣的发现是，这些连接异常似乎主要发生在大脑左半球。这可能是因为优势半球 （左脑） 是比右半球，导致早期的新陈代谢下降和萎缩16更易受损伤。
然而，有一些在我们的研究的限制。GCA 技术，当采样率达到 2 s，不同的血流动力学延迟很难准确地获得17，和加粗的慢动态信号在 2 s 可以导致一些快速的因果关系损失18。因此，这种限制可以导致实验数据的偏差。因为测试样本大小不是够大够高的附加的示例是必须验证结果。
目前，一些研究已用于多元 GCA 技术描述多个脑区之间的因果关系。理论上讲，多元 GCA 是一种改进的技术，可以揭示的脑部; 定向连接的复杂性然而，它具有更多的技术挑战比二元 GCA 血流动力学延迟随区域12。我们未来的目标是要解决多元 GCA 的难题，并将其应用于研究更好地展现复杂的定向连接大脑。
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Disclosures
作者宣称，他们并没有任何经济利益的竞争。
Acknowledgments
作者感谢宫俊吉对计算机软件支持。这项研究部分受中国国家自然科学基金会 (第 81201156 号，81271517);浙江省的自然科学基金 (no。LY16H180007，LY13H180016，2013C33G1360236)，从浙江省 (号 2013RCA001，201522257)，健康委员会的科学基础。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 116 patients | Zhejiang Provincial People’s hospital | - | This study was approved by the ethics committee of Zhejiang Provincial People’s hospital. Every enrolled subject signed a written informed consent form. |
| Siemens Trio 3.0 T MRI scanner | Siemens, Erlangen, Germany | 20571 | Equipped with AudioComfort that reduces acoustic noise up to 90%; Provides high performance at a low noise level; Ultra light-weight coil; Unique MRI sequence design; Supports up to 400 pounds without restrictions. |
| RESTplus | Hangzhou Normal University, Hangzhou, Zhejiang, China | 20160122 | RESTplus evolved from REST (Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit), a convenient toolkit to calculate Functional Connectivity (FC), Regional Homogeneity(ReHo), Amplitude of Low-Frequency Fluctuation (ALFF), Fractional ALFF (fALFF), Gragner causality, degree centrality, voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) and perform statistical analysis. |
| DPARSF | Hangzhou Normal University, Hangzhou, Zhejiang, China | 130615 | Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF) is a convenient plug-in software within DPABI, which is based on SPM. You just need to arrange your DICOM files, and click a few buttons to set parameters, DPARSF will then give all the preprocessed data, functional connectivity, ReHo, ALFF/fALFF, degree centrality, voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) results. |
| SPSS | SPSS Inc., Chicago, IL, USA | - | SPSS offers detailed analysis options to look deeper into your data and spot trends that you might not have noticed. |
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