NeuroImage：静息态功能磁共振成像估计脑熵的神经认知相关性
2021-06-23 MedSci原创 MedSci原创
来自HCP健康受试者的长rsfMRI时间序列证明BEN是一种暂时稳定的脑活动测量方法。这些结果证明了DMN / ECN中静息的BEN的神经认知相关性。
静息态下的大脑活动会消耗大部分的大脑能量，可能会创建并保持一系列常规大脑功能。如果存在潜在的储备，则可能由静息态大脑活动的深远的长期波动反映出来。远程时间相干性（LRTC）可以通过基于静息态功能磁共振成像（rsfMRI）的脑熵（BEN）映射来表征。尽管BEN定位结果显示出对神经调节或疾病状况的敏感性，但潜在的神经机制，尤其是BEN或LRTC与神经认知的关联仍然不清楚。
最近NeuroImage杂志发表研究文章，为解决这个问题，并验证一个新的假设，即静息态BEN通过与一般功能的联系反映了潜在的功能储备。
本研究的主要焦点是通过rsfMRI熵测量LRTC的潜在神经认知相关性。基于对静息状态下大脑活动与认知功能无关的观察，假设静息BEN可能与一般认知能力有关，后者反映在液态智力和功能性任务的表现上。进一步假设在DMN/ECN中可以观察到BEN与这些一般能力的潜在联系，因为这两个网络在执行任务或休息时一直被证明是活跃的。为了确保研究的严谨性和可靠性，选择了HCP数据集，这是迄今为止在单点使用相同的MR扫描仪进行4次重复rsfMRI扫描(每次1200个时间点)获得的最大数据集。我们首先利用滑动窗口的动态BEN映射方法研究了可能的过境波动。结果显示，BEN在整个习得时间中是稳定的，只有轻微的时间变化，在多次比较校正后，没有显示出与年龄、性别、教育程度和神经认知测量的任何显著相关。然后评估了静息BEN的神经认知联系。结果显示，DMN和ECN的BEN随年龄增长而增加，但随受教育年限减少;女性的脑皮层BEN值高于男性;在三种认知任务中，DMN和ECN中的BEN与流体智力和任务表现呈负相关。
跨受试者(n = 862)的平均脑图。(A)和(B)分别为个体受试者第一次LR和RL扫描以及第二次LR和RL扫描的静息态BEN图平均值。(C)和(D)分别是所有受试者第一次LR和RL扫描以及第二次LR和RL扫描的平均动态BEN图的平均值。(E)和(F)是动态BEN STD的跨学科平均值。(G)和(H)是动态BEN的平均CV图。
静态BEN映射(msBEN1和msBEN2)的ICC。阈值是ICC>0.3。
年龄、性别和受教育程度对静息BEN值的影响以及静息态BEN值与液态智力的关系。n = 862。统计学水平为p<0.05 (FWE校正)。红色和蓝色分别表示正相关和负相关。颜色条表示回归分析(A, C, D)和双样本t检验(B)的t值。
(A)工作记忆任务，(B)语言任务，(C)关系任务中，休息BEN与任务表现呈负相关。蓝色表示负相关。统计学显著性水平以p<0.05 (FWE校正)。任务表现是通过在磁体功能磁共振任务中选择项目的准确性来衡量的。
总之，来自HCP健康受试者的长rsfMRI时间序列证明BEN是一种暂时稳定的脑活动测量方法。这些结果证明了DMN / ECN中静息的BEN的神经认知相关性。DMN/ECN的脑功能储备(BEN)可以作为表征潜在功能储备(potential functional reserve)的替代指标，这些功能储备可能通过教育得到改善，从而导致更好的脑功能。默认网络（DMN）和执行控制网络（ECN）通过其BEN与一般功能的否定关联而与年龄和性别无关。尽管DMN / ECN中的BEN随年龄增长而增加，但随着受教育年限而减小。
原文出处
The neurocognitive correlates of brain entropy estimated by resting state fMRI
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