抑郁症经验模态分解脑网络频率特异性研究

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重度抑郁症(Major depressive disorder,MDD)是最常见的情绪障碍之一,在临床上表现为持续的快感不足,情绪低落,认知障碍。虽然已有研究利用磁共振技术对抑郁症大脑结构和功能异常进行探索,并报道了抑郁症在低频振幅(Amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)、局部一致性(Regional homogeneity,Reho)等表现出了频率依赖的异常模式。但是,以往研究关注的频带是由先验知识决定的,忽略了血氧水平依赖(Blood oxygen level dependent,BOLD)信号中包含的内在信息。本研究采用基于数据驱动的经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法进行频段划分,探究抑郁症患者三网络模型、全脑网络频率特异的异常模式。本研究由两部分组成:本文的第一部分探究抑郁症认知核心三网络频率依赖的异常功能连接。在先前的研究中发现,抑郁症患者默认网络、突显网络、中央执行网络存在网络内和网络间的异常模式,但这种异常是否具有频率依赖性目前尚不清楚。在本研究中,通过高阶独立成分分析,得到三网络模型的七个子网络,分别为前侧默认网络,下后侧默认网络,上后侧默认网络,左腹侧中央执行网络,右腹侧中央执行网络,背侧中央执行网络,突显网络。使用EMD进行频段划分,探究抑郁症不同频段的功能连接异常。结果表明,在0.074-0.196Hz频段,抑郁症患者中央执行网络与默认网络间功能连接降低,同时还发现中央执行网络内部功能连接降低,该频段的异常连接能够预测汉密尔顿抑郁量表(Hamilton depression scale,HAMD)分数。结果表明抑郁症三网络功能连接异常是具有频率特异性的。本文的第二部分将抑郁症患者大脑频率特异性研究由三网络扩展到全脑水平,探究全脑拓扑异常。抑郁症患者静息态功能网络的异常是否是频率依赖的目前尚不清楚,刻画其脑网络结构的拓扑属性是否是频率依赖的目前也不清晰。在本研究中,通过EMD构建抑郁症患者和正常人四个频段下的全脑功能连接网络,采用图论方法对抑郁症脑网络异常拓扑属性进行探究。结果表明,抑郁症患者在四个频段均呈现减弱的小世界属性,即更低的聚类系数和更长的最短路径长度,局部效率和全局效率降低,其中在0.021-0.042Hz频段变化最为显著。针对该频段的研究发现,抑郁症患者在该频段存在异常的额叶-颞叶子网络,所有的异常连接均呈降低,部分节点度中心度、介数中心度局部拓扑紊乱。结果表明抑郁症脑网络拓扑异常是具有频率特异性的。综上所述,本研究从三网络的功能连接到宏观的全脑网络拓扑两个角度,共同揭示了抑郁症脑网络频率特异的异常模式,表明频率信息在研究抑郁症静息态功能磁共振的重要性。本研究是对之前抑郁症脑网络研究的延展,探究了抑郁症频率特异的脑网络紊乱,从自适应分频的角度为研究抑郁症生理病理学机制提供了又一新的视角。
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