文档介绍：代号 10701 学号 0919121239
分类号 Q-334 密级公开
题(中、英文)目多元分析方法在功能磁共振成像中的应用
The application of multi-voxel analysis methods in the
fMRI researches
作者姓名卓璐指导教师姓名、职称田捷教授
学科门类工科
学科、专业生物医学工程
提交论文日期二○一一年五月
西安电子科技大学
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果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的
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西安电子科技大学
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本人签名: 日期
导师签名: 日期
摘要
摘要
人类大脑是一个复杂而且神秘的结构,尽管科学家们进行了众多相关研究,大
脑在很大程度上仍然是一块未知领域。大脑指导控制了人类的运动、学忆等等重要的行为,同时保持大脑健康才能让自己清醒思
考,明白做事。认识脑和维持大脑健康已经成为现阶段最有挑战和最有意义的一
项科学研究。随着科学技术的不断发展进步,已经有很多成像手段可以用来对大
脑进行观测研究,其中,功能磁共振成像 fMRI 因其非侵入性和空间高分辨率等特
点,被国内外广泛应用于视觉、听觉、思维、情绪等高级认知方面的研究,同时
也逐步迈入疾病研究领域。静息状态的脑功能活动是目前 fMRI 应用于脑功能研究
的热点之一,多项研究表明人脑在清醒静息状态某些区域呈现较强的激活状态。
这些区域组成了一个特定的功能性神经网络(缺省模式网络)。
当前基于fMRI的大脑研究多是采用模型驱动的广义线性模型分析GLM算法,
该算法比较依赖于实验设计,旨在考查某些脑区的动态响应特征与已知实验设计
之间的相关程度。然而对于一些疾病、药物干涉等引起的脑区刺激,我们无法事
先对血液动力学函数做出预测,这也就使得我们的研究具有一定的局限性。例如
偏头痛疾病,它是反复发作的一种搏动性头痛,属众多头痛类型中的“大户”。发
作前常有闪光、视物模糊、肢体麻木等先兆,同时可伴有神经、精神功能障碍。
海洛因是一种极易上瘾的毒品,长期服用海洛因的人一旦停用会出现焦虑不安、
易发脾气等情绪障碍。偏头痛疾病或海洛因成瘾在病发的时候都可能会引起神经
网络的变化。随着数据驱动方法(ICA, 模式分类等)的发展以及在fMRI中的应用,
拓展了数据处理和分析的手段。这些方法不需要预先知道实验设计,克服了单体
素分析的不足,具有通过整合多个体素的信息,从多元角度对整个大脑进行分析
的特点。
于是本文引入 ICA 和模式分类这两种数据驱动的多元分析方法来研究大脑的
工作机制。首先应用 ICA 方法研究了视觉相关穴位光明穴(GB 37)和非视觉相关穴
位交信穴(KI 8),通过两组穴位前后静息态以及针刺后静息态的分析,发现针刺这
两个不同的穴位虽然空间分布相似,但时域却成反向相关,从而在一定程度上证
明了穴位特异性的存在。然后对于偏头痛患者和正常人对照的一组实验进行了类
似的 ICA 分析,发现了两者之间差异很大的空间激活模式,而之前的研究也有相
关的报道。接着引入模式分类方法对海洛因成瘾者与正常人的静息态数据进行了
分类,根据分类正确率判断两者激活差异,这里用到了两种特征提取方法 SVD 和
NMF,分类器选择了最常用的 SVM,结果表明 NMF 更容易把