基于图论分析对自闭症谱系障碍儿童脑功能网络异常定位...

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基于图论分析对自闭症谱系障碍儿童脑功能网络异常定位学属性的研究

[摘要]

探讨

自闭症系障碍（自闭症谱系障碍，自闭症谱系障碍，儿童与正常脑部障碍）（典型发育，TD儿童的脑功能障碍症结构差异）。

与闭路症方法

从国际自闭症形成交换数据库的4个列标准的65个ASD儿童脑部ASD组）及5个TD儿童（脑部的静息态功能磁芯图及T6组的脑部结构图）。拓扑结构，包括结果类型和参数范围）。（在值范围内，SD在值范围内）。 E 的在不同方面的效率等（全局、功能组连接组、全局效率、本地效率、）和 TD 的不同之处无意义。＞1个和标准化的路径长度(λ)≈1个，显示广告中间值的γ和λ结果无显示意义。双侧尾状核、双侧海马、顶顶小叶等脑区的低偏差较TD组减( P ＜ 0.05)。与TD组相比，ASD与大脑学组不同，但符合小世界网络属性，改变其倾向的功能，具有增强功能，具有组向功能的不同功能，降低某些脑部的提升，为神经网络的提升ASD 的发病机制以及解释 ASD 临床症状提供了一个新的角度。

[摘要]

目的

研究自闭症谱系障碍（ASD）和正常发育（TD）儿童脑功能网络的拓扑重组。

材料和方法

在这项研究中，应用来自自闭症脑成像数据交换数据（65 名 ASD 患者，65 名 TD 作为对照）的静息状态功能磁共振成像来研究大脑网络的拓扑结构，包括使用全局和局部参数图论分析。

结果

基于图论的复杂网络分析表明，自闭症儿童的特征路径长度（L p）和聚类系数（C p) 与 TD 组相比。小世界网络特性在 ASD 和 TD 组中均得到证实，γ＞1，λ≈1。γ 和 λ 均未发现显着差异。与TD组相比，ASD组双侧前扣带皮层、尾状核、海马和右顶下小叶的淋巴结效率明显降低。

结论

ASD 和 TD 组的大脑功能网络中的小世界架构被确定为具有变成随机网络的趋势。无论如何，ASD 组表现出增加的功能整合和减少的大脑功能网络的功能分离。并且一些大脑区域的节点效率降低了。我们的研究为探索 ASD 的发病机制和临床症状提供了新的视角。

自闭症系（(ASD， A )，孤独症谱系障碍，是一种常见的不同类型的临床症状的临床表现[临床症状]正常交流、重复刻板的兴趣行为等。ASD 可能会导致儿童正常生活，也不能给社会带来负担。探索ASD儿童脑部结构和功能异常提供了新的方法。在此基础上，采用图论分析方法，制造了一个由多种不同（脑区）和边（脑区之间的结构和功能）的方法) 网络结构的复杂网络结构，可以通过绘画系统脑区之间的不同连接和神经网络模型的各个方面，分析特征检测中脑的变化，以及脑的连接过程。语言，先前主要有大量状态自动出现网络异常，ASD 的网络存在异常状态，网络存在异常，区域内静默连接功能，如功能，社交， [ 4 ]以及默认模式网络，DMN) 他们从分析结构和功能上改变或全部讨论一个 SD 的神经生物学基础，然而，功能可以映射到只是网络上的结构，因此，从大脑网络结构上更将 ASD 的结构并且，在结果发现之前发现 ASD 的功能，有发现连接 SD 的功能增加的结果，并不能与任何类型的延长功能相关，可能与研究的相关。本研究从国际自闭症脑成像交换数据库（Autism Brain Imaging Data Exchange，ABIDE）方法也量量分析样本，利用图的研究 ASD 儿童（8 ～18岁）全脑功能网络拓扑结构，使结果更有说服力，为临床提供参考。

1资料与方法

1.1一般资料

       本研究的数据库包含了 ABIDE。想像及结构像数据这些对象的年龄为6～65岁。本研究，ASD组的入组条件：(1)中第4版《美国精神障碍诊断和统计手册》标准诊断为ASD；(2 )8～18岁；(3)总智商评分≥70分；(4)右利手；(5)影像学数据来自于眼睛状态时扫描。TD组的入组条件：(1)性别及及与ASD组相匹配；(2)总智商评分≥70分；(3)右利手；(4)影像学数据来自于眼睛状态时扫描；(5)既往无或精神疾病如重度抑郁症本研究最终符合条件的1305例者，包括4个（NYU、SU、PITT、UCLA）的1305例，65例ASD儿童（男）例、女15）以及（男51、女15、例14）。ABIDE数据库中的所有审查者都通过了机构委员会的批准，所有女（女）（女）都在签署知情同意书。

1.2 临床量表评估

       孩子东方儿童均接受韦量表199) 智商评估，说出智商（言语智商，VIQ），智商（表现智力，PIQ）和智商指导表（Wequotient，FIQ） ) 的分值。本研究纳入的 ASD 儿童曾接受过孤独症诊断访谈量表修订版（autism diagnostics interview-revised，ADI-R，Lord，1994 年评估，ADI-R 主要通过评估 ASD 的社会这3个典型的言语、和重复行为被评出不同的评分来评价。因SD被评分者评分为不同等级的4个评分表。分表示无异常；1分表示有或无此类症状之间；2分或3分表示此类症状存在，但在不同程度上存在。

1.3 图像拍摄

采用DPABI工具包(4.1版本；基于Matlab 2011 a (MathWorks, Natick, MA, USA)平台对原始MRI图像进行预处理。(1)将图像格式转换成NIFITI格式；(2)剔除前10个时间点；(3)时间层校正；(4)头动校正：将头动旋转角度＞1.5°，平移＞1.5 mm的图像去除，计算每个被试的平均逐帧位移量(framewise displacement，FD)，移除FD大于0.5 mm的时间点，并移除此时间点后面一个和前面两个时间点。本实验两组FD [ASD：(0.190±0.073)；TD：(0.219±0.226)；P=0.321]之间的差异无统计学意义，可排除头动对图像结果的影响；(5)将T1加权像配准到功能像，并分割成灰质、白质、脑脊液，并去除协变量，如Friston 24头动参数、线性趋势、全脑体积均值、脑白质及脑脊液信号；(6)校正的图像配准到SPM 12 提供的标准模板，并采用全宽半高为8 mm的高斯平滑核对图像进行平滑；(7)去线性漂移；(8)低频滤波(0.01～0.08 Hz)。

1.4 数据分析

       采用 Gretna该软件配置一个 AAL 网络自动标注 (anatomical automatic labeling) 的模板结构图功能分析定位学指标。网络节点，每个抽取区域所有的平均时间序列，计算每个区域所有体的平均时间到序列中的Pearson相关系数，得到一个90×90的相关系数矩阵，对相关系数进行Fisher rz变换，制作出大脑功能连接网络的绝对值定义为“边”，将网络中实际存在的边的作用占最大可能区域连接的比例定义为网络模型的脑功能数量度（稀疏性） ，S)。本研究中选择在0.01＜S＜0.34，步长0.01的情况下计算SD组和TD组的一个处理学指标，主要包括几个常见的参数/参数：透镜系数（聚类系数， C p )、特征长度(Characteristic path length，L p )、标准化的全局系数(γ)、标准化的特征长度(λ)、世界指数(σ)、路径效率(E glob )该、效率（局部效率，Eloc）、节点效率（nodal效率）。其中σ=γ/λ，当满足γ＞1、λ≈1、σ＞1时，网络符合小世界的高效网络特性。

1.5 思维分析

       软件采用SPSS 22.0对临床基本资料进行分析-Wilk则使用Shapiro测试对数据进行正态分发测试。如果数据正态检验，使用参数检验法，数据没有正态检验，使用采用双样本检验标准之间的样本检验。ASD检验的临床样本间标准样本之间有差异。网络连接性能的差异，并进行 FDR 参数设置。5相关软件BrainNet View 可以面向中横向学的差异。

2 结果

2.1 临床基本资料比较

       A的意义比为3.31，TD的男女比为3.6∶1，性别组在性别组、年龄、FIQ、VIQ、PIQ等方面的差异无影响（P均＞0.05）（表1 )。

表1  基本信息

标签及临床资料 1  两组人口统计学和临床​​特征

2.2 显示全脑水平显示指标

研究范围内我们发现的范围≈本试在整个范围内（4λ范围内）        。SD 0～1～1具体来说，ASD组的C p及L p的曲线下组的TD组的显着性具有意义（P均值， 0.05）；显着改变世界网络属性。 loc、平均P差异、平均差异、无意义和意义(0.0 )(图22 )。

图1  脑神经网络的小世界属性参数函数随空间变化曲线SD功能曲线。图1  脑神经网络的小世界属性参数随空间变化曲线图。
: 自闭症谱系障碍；TD：通常在发展中。

2  代表显示器间功能网络不同的表现形式差异。所有采用中暴露（下四分数据暴露）。* 有展示意义（图2）：SD：自闭谱系障碍；TD ：正常结果。

表 2  属性类型属性比较

表 2  全球网​​络指标的组间比较

2.3 不同天气情况

       这些TD比较，双侧尾状组的分析结果显示在双侧前扣回、双侧尾状组与侧海马核带、SD组的低侧组顶下小叶状脑（P＜0.05）（表3、图3 )。

图3  自闭症谱系组中节点存在显着差异的脑区改变。黑色表示属性减低。ACG：前带回带及旁扣带脑回；IPL：顶下小叶；HIP：海马；CAU：尾扣带

图3  自闭症谱系障碍组节点属性变化差异显着的脑区。黑球代表节点效率降低的区域。ACG：前扣带回和副扣带回；IPL：心尖和下小叶；臀部：海马体。CAU：尾状核。

3.  闭症谱系障碍组较正常脑组神经症组能减低的区域

选项卡。3  自闭症谱系障碍组节点效率低于正常发育组的脑区

3 讨论

       研究采用本研究采用图组的方法研究 ASD 和 TD 组和 TD 排列结构的不同。结果虽然 ASD 组和 TD 组仍然具有小世界网络组，但是，ASD 组与 TD 组组属性/组不同以及在水平发生异常变化的情况下，双侧的功能都表现出不同的属性组的Cp L降低，说明有向网络变化的趋势，其功能整合，并且在网络分泌能力前侧降低，并且这些脑部回状、海马及脑部的脑部下区等出现了脑部功能障碍。结果为探索ASD的病理生理机制以及ASD的神经基础症状了等视诊。

3.1 ASD 全脑功能分析网络组与 TD 属性组指标的结果

       大脑作为一个大尺度网络，是对神经元、神经元集群或脑区之间活动交互整合的直观描述，具有复杂高效的脑部结构及功能。图论分析方法为大脑网络的研究提供了可视化的途径。大脑被模拟为由数百个相互作用的区域组成的网络，构成几个集合和分离的系统。大脑中的功能整合是指快速结合来自不同大脑区域的特定信息的能力，一般是通过估计大脑各区域之间交流的容易程度来衡量的，通常是基于路径的概念。路径是由不同的节点和线组成的，它是一对对大脑区域之间信息流动的潜在路径。因此，路径的长度代表了大脑区域间功能整合的潜力，Lp是指网络中所有节点对的路径长度的平均值，一般Lp越短，意味着信息可以在短时间内迅速传递至远距离点，功能整合能力越强。大脑的功能分离是指在大脑区域内部发生特殊处理信息的能力，一般通过计算网络中三角形的数量来量化，单个节点周围三角形的比例被称为聚类系数，网络的平均聚类系数代表平均单个节点周围的聚类连接的流行程度，也代表了近距离传递信息的能力。当网络中显示出相对较高的Cp和较短的Lp时，意味着不仅可以支持特定的模块化信息和全局信息快速的处理，还可以最大限度地提高大脑网络的效率，大脑网络表现的这种强大的局部和全局效率水平，即小世界网络属性。本研究中，ASD组和TD组都具有小世界网络属性，这与Fang等的研究一致，说明两组在功能分化和信息整合之间均保持相对平衡的状态，但是ASD组表现出的较短的Lp和Cp，说明ASD儿童的脑网络有由小世界网络向随机网络转变的趋势。本研究发现，ASD组的Lp比TD组低，说明与TD组相比，ASD组功能整合能力增强，远距离传递信息的能力较强，有研究采用弥散张量成像评估ASD患者结构网络时也得出了相似的结论，他们推测这种异常可能与ASD患者脑白质超连接有关，特别是在涉及基底神经节和旁边缘-边缘系统的网络中，与重复和刻板行为以及学习和记忆障碍相关。另外，本研究结果显示，ASD组的Cp也较TD组的减少，与Peters等的研究结果相同，表明ASD组脑区内部之间的连接程度降低，可能是ASD患者交流障碍的原因。有研究发现，与正常发育的个体相比，ASD儿童在大规模大脑网络内表现出高度连接性，并且网络间连接性降低，这也和我们得出的结论一致。然而Chen等的研究却发现ASD组并没有表现出强烈的网络效率变化，Lp和Cp和与TD组大致相同，这可能与样本量有关。另外，目前对S值的选择尚无参考标准。在本研究中，我们使用0.01＜S＜0.34，间隔为0.01，这种阈值策略创建的网络可以估计小世界具有稀疏性质和最小数目的伪边

3.2 ASD组与TD组全脑功能网络节点属性指标的结果分析

       研究研究与与相比，ASD 在带回、尾状核、海马等组的这些TD 组同时具备良好的领先优势和优势。前节点与其他节点之间的连接的选择，用于代理节点在网络传输中的作用。中谷（中谷）和低谷带谷氨酰胺（谷氨酰胺）的浓度与ASD患者更严重的交流症状显着相关。研究认为ASD的重复行为的严重程度与纹状体生长有关，而可能与发现不同。因此有研究的尾核状与侧核的相同伦连接，这对核与侧尾的不同不利双，研究中发现的 ASD 儿童双侧尾状侧核效率降低，可能与此相关。许多研究认为，SD 中海马结构的病理结果是相关本结果或 ASD 症状的前兆，体积增加可能是由于一些研究发现非典型的前叶-海马体和网络后顶相关的缺陷相关。同海统计局左马与左顶小马之间，以及左海马与后扣带下叶体之间的关联强度与成功检索率呈现显着负负，海偏侧化的典型非其原因可能与ASD在脑部的脑部问题、叶面沟通和行为不灵活方面有关。有关区域的下一个小部分是中层结构最晚的，这导致具有高度的解剖结构该易变。顶下小行动观察网络中的一个关键节点，网络被认为是支持模拟行为，当其重要时刻发现，可能导致 ASD 社交和交际特征的损害。顶下，小叶最前沿与下端的连接能力，特别是在小叶的连接处与左侧顶部的连接处与左侧顶部的连接处-左上叶与左侧顶部相关的小叶顶部的连接处  。后扣带回连接功能减少也与 ASD 儿童较弱的做法和社交技巧有关。后带回被是 DMN 中的枢纽与默认网络同时具有小世界的特性，DMN 参与处理有关我们自己和其他人认为的信息，其功能可能与其他系统的连接器相关联，可能和其他人的信息整合的中断一个 SD 患者的社交，因此，一个 SD 设备的责任是关于自己的责任的顶部下小叶-左后连接性降低可能会活动和身体知识的共同影响和影响，进一步的开发实践和未来的形成，还需要进一步的研究来验证。

3.3 各自

       我们的研究有性别：（1）对一些样本量的研究结果可能会产生影响；（2本研究中没有对 ASD 患者进行的本研究，还需要进一步认识性别差异在功能脑图像中不同描述的描述中；(3) 我们只使用 AAL 模板来构建脑功能网络，但使用的模板可能会影响我们的一致性，需要研究确定儿童的网络模型最适合 ASD (4) ASD儿童的大脑会随着年龄增长而变化，未来的孩子需要根据不同的情况来改变ASD儿童大脑网络的情况。

3.4 小结

       那样，本研究发现，与TD网络功能相比，SD虽然仍具有世界小网络功能，但仍具有世界性的组网功能，C p和 L p降低了组日常网络功能的趋势，功能整合能力增强，功能向功能增强能力降低，并且在双前扣带回、尾状核、海脑马及右侧网络功能顶下发现脑神经网络等功能提升。于我们理解ASD的病理生理机制，为临床早期发现和治疗提供有效的神经影像学标记物。