Anvendelsen av Granger kausalitet analyse av regissert funksjonelle tilkoblingen i Alzheimers sykdom og Mild kognitiv svekkelse

Summary

Basert på hvile statuser funksjonell magnetisk resonans imaging Granger kausalitet analyse, undersøkt vi endringene i regissert funksjonelle tilkobling mellom bakre cingulate cortex og hele hjernen i pasienter med Alzheimers sykdom (AD), pasienter med Mild kognitiv svekkelse (MCI) og sunn kontroller.

Abstract

Nedsatt funksjonelle tilkobling i standard modus Network (DMN) kan være involvert i utviklingen av Alzheimers sykdom (AD). Bakre Cingulate Cortex (PCC) er en potensiell imaging for å overvåke utviklingen av Annonsen. Tidligere studier hadde ikke fokus på funksjonell tilkobling mellom PCC og noder i områder utenfor DMN, men vår studie er et forsøk på å utforske disse oversett funksjonelle forbindelser. For innsamling av data, brukte vi funksjonell magnetisk resonans Imaging (fMRI) og Granger kausalitet analyse (GCA). fMRI inneholder en ikke-invasiv metode for å studere dynamisk samspillet mellom de ulike hjerne regionene. GCA er en statistisk hypotesetest for å avgjøre om engangs serien er nyttig i prognoser en annen. Enkelt sagt, det vurderes ved å sammenligne “Kjente all informasjon på siste øyeblikk, distribusjon av sannsynligheten for X nå” og “Kjente all informasjon på siste øyeblikk bortsett fra Y, distribusjon av sannsynligheten for X nå”, å avgjøre om det er en årsakssammenheng mellom Y og X. Denne definisjonen er basert på fullstendig informasjonskilde og stasjonære kronologisk rekkefølge. Det viktigste trinnet av denne analysen er å bruke X og Y å etablere regresjonsligningen og trekke en årsakssammenheng av en hypotetisk test. Siden GCA kan måle kausale effekter, brukte vi det å undersøke anisotropy av funksjonelle tilkoblingsmuligheter og utforske hub funksjonen til PCC. Her vi vist 116 deltakere for Mr skanning, og etter forbehandling dataene innhentet fra neuroimaging, vi brukte GCA for å utlede årsakssammenheng av hver node. Til slutt, vi konkluderte med at regissert tilkoblingen er signifikant forskjellig mellom Mild kognitiv svekkelse (MCI) og Annonsen grupper, både fra PCC til hele hjernen og hele hjernen til PCC.

Introduction

Annonsen er en degenerativ sykdom i sentralnervesystemet som kan diagnostiseres bruker histopatologi electrophysiology og neuroimaging¹. Minnerelaterte DMN er en viktig system av samspill hjernen regioner forbundet med Annonsen, og dens unormal funksjon er karakteristisk AD^2,3. PCC er et viktig område av tradisjonelle standardnettverket i hvile tilstand og spiller viktige roller i episodisk hukommelse, romlig oppmerksomhet, selvevaluering og andre kognitive funksjoner^4,5,6,7. I tillegg kan det være en tenkelig markør for overvåking AD progresjon. Bruker GCA, funnet Liao et al. at PCC er et område av flere cytoarchitectonics med flere tilkoblinger og spiller en viktig rolle i funksjonelle hjernen strukturen⁸. Zhong et al. rapportert at PCC var en konvergens center mottok interaksjoner fra de fleste av de andre regionene i DMN³. Videre vist Miao et al. at regionene DMN hub PCC har største kausal effekt forholdet til andre noder⁹. Alt dette bevis indikerer at regissert tilkobling av PCC er verdifullt i AD forskning og PCC må være ytterligere studerte sammen grundig som et vitalt område av DMN.

De tidligere studiene var begrenset til tilkobling mellom PCC og andre regioner i DMN; imidlertid har endringene i regissert funksjonelle tilkobling mellom regionene PCC og hjernen utenfor DMN, samt deres innflytelse på Annonsen ennå ikke utforsket¹⁰. Vår studie undersøkte videre denne uutforsket funksjonelle tilkobling i vanlig sunn kontroller, pasienter med MCI og pasienter med Annonsen. Ved å observere regissert tilkobling mellom PCC og hele hjernen regioner, har vi som mål å belyse de funksjonelle endringene i hjernen knyttet til Annonsen progresjon, og dermed etablere en roman objektive holdepunkter for å vurdere alvorlighetsgraden av sykdommen.

Funksjonell tilkobling refererer til interregionalt samhandling som kan representeres av synkron lavfrekvente svingninger (LFFs) i hjerne blod oksygen nivå avhengige (fet) fMRI signalet. Derfor, for å observere funksjonelle tilkobling mellom PCC og andre områder av hjernen, vi analyserte funksjonelle tilkobling mellom PCC og hele hjernen nettverket av fMRI GCA, med PCC som Region av interesse (ROI). Denne teknikken stammer direkte grunnleggende forholdet mellom hver node ved hjelp av data fra neuroimaging¹¹. GCA har nylig brukt på EEG (EEG) og fMRI studier å avsløre de kausale effektene blant hjernen regioner¹². Alle disse studiene indikerte at GCA teknikken kan være optimal for å oppdage årsakssammenheng for hver node i hjernen.

Protocol

This study was approved by the Ethics Committee of Zhejiang Provincial People's Hospital. Every enrolled subject signed a written informed consent. 1. Sample Classification and Screening Diagnose and divide 116 patients into AD and MCI groups. NOTE: Use the 2011 National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke and the Alzheimer's Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA) diagnostic criteria and the Mini-Mental State Examination…

Representative Results

Demographic information Table 1 presents the characteristics of the subjects. All the subjects had an education level of junior school or above. Age, gender, and education level were similar between the three groups (P >0.05), while the MMSE scores were significantly different (p <0.01). Directed brain functional connectivity <p…

Discussion

Denne rapporten viser en prosess for å sammenligne regissert funksjonelle tilkobling fra PCC til hele hjernen og fra hele hjernen til PCC mellom annonse, MCI og kontroll grupper. Videre er et viktig skritt i denne prosessen klassifisering og screening av prøven før eksperimentet. Dermed er klassifisering og screening kriterier avgjørende fordi nøyaktigheten av resultatene kan påvirkes hvis de er feilaktig. Som nevnt i protokollen, brukte vi 2011 NINCDS-ADRDA diagnostiske kriterier og MMSE og kriteriene for identifi…

Materials

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.