慧創(chuàng)近紅外腦功能助力北京師范大學與北醫(yī)六院聯(lián)合發(fā)表ADHD兒童腦網(wǎng)絡研究SCI論文

喜報頻傳，北京師范大學牛海晶教授與北醫(yī)六院錢秋瑾教授合作在《Neurophotonics》發(fā)表了題為“Disrupted functional brain connectivity networks in children with ADHD: evidence from resting-state fNIRS”的研究論文，揭示了ADHD兒童近紅外腦功能網(wǎng)絡異常?；蹌?chuàng)近紅外腦功能成像系統(tǒng)NirScan的高通道、高靈敏度技術(shù)優(yōu)勢，助力該研究將近紅外探頭陣列同時覆蓋到前額葉、顳葉、頂葉、視覺區(qū)，進而在全腦區(qū)精細探究ADHD兒童靜息態(tài)功能網(wǎng)絡規(guī)律。

慧創(chuàng)近紅外腦功能成像系統(tǒng)NirScan

下面為大家分享文章內(nèi)容：

摘要：

多動癥是一種常見的兒童精神疾病，現(xiàn)有的神經(jīng)影像學診斷技術(shù)由于其對于運動的零容忍使得對多動癥兒童的腦部掃描及其困難，不利于疾病的診斷和后續(xù)治療。

這項研究中，我們利用靜息態(tài)功能近紅外成像技術(shù)檢測多動癥兒童的自發(fā)腦活動。通過腦功能連接計算和圖論分析來探究患者腦網(wǎng)絡全局和局部性能的改變并對這些腦網(wǎng)絡特征與臨床表現(xiàn)之間的相關(guān)性進行評定。研究結(jié)果表明多動癥患者的功能連接和整體網(wǎng)絡效率都顯著下降，同時各網(wǎng)絡的節(jié)點效率也發(fā)生相應改變，視覺網(wǎng)絡和背側(cè)注意網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點效率升高，軀體運動網(wǎng)絡和默認網(wǎng)絡的節(jié)點效率則下降，另外缺失的功能連接和節(jié)點效率與ADHD的臨床評分顯著相關(guān)。

材料和方法

參與者：30個ADHD患者（男，7-12歲，22個ADHD-I型和8個ADHD-C型），30個性別、年齡、教育程度匹配的健康對照(Healthy Controls, HCs)。

fNIRS數(shù)據(jù)采集：通過丹陽慧創(chuàng)醫(yī)療設備有限公司近紅外腦功能成像裝置NirScan實現(xiàn)，使用24發(fā)射探頭和28接收探頭，組成超過80個有效通道，覆蓋幾乎整個大腦（前額葉、顳葉、頂葉、視覺區(qū)），光源探測器間距為3cm，探頭排布參考10-20腦電系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集時要求被試靜坐，閉眼，但不能睡覺，采集12min的近紅外數(shù)據(jù)，隨機挑選一個被試，在上述通道位置放維E膠囊，進行MRI結(jié)構(gòu)成像獲得各通道的空間坐標，根據(jù)獲得的空間坐標將各通道對應到Yeo et al.的網(wǎng)絡模板中，將各通道劃分為六個功能網(wǎng)絡，并用不同的顏色標識不同的網(wǎng)絡（如圖一所示）。

圖一 fNIRS采集、探頭排布、功能網(wǎng)絡劃分

研究方法：對數(shù)據(jù)進行預處理，包括帶通濾波（0.01-0.1）處理，ICA除噪等，選取8min穩(wěn)定氧合血紅蛋白濃度信號用于后續(xù)腦連接和腦網(wǎng)絡分析。對每個被試求取通道時序信號間的相關(guān)系數(shù)矩陣，以0.2為稀疏度閾值構(gòu)建腦網(wǎng)絡，分別計算全局、局部和節(jié)點網(wǎng)絡效率等網(wǎng)絡參數(shù)，應用基于網(wǎng)絡的統(tǒng)計學方法對變化的連接進行探究，并將變化的連接分為同位連接、半球內(nèi)連接和異位連接。計算改變的腦功能連接及腦網(wǎng)絡參數(shù)與ADHD臨床表現(xiàn)之間的相關(guān)性。

實驗結(jié)果

1、人口學參數(shù)和量表評分統(tǒng)計結(jié)果

人口統(tǒng)計學參數(shù)和臨床評分的統(tǒng)計結(jié)果見表1。HC組和ADHD組的年齡和IQ無顯著差異，但ADHD組癥狀評估的量表評分均顯著大于HC組。

2、功能連接變化

ADHD組的組平均功能連接強度（0.37±0.13）遠低于HC組（0.42±0.14），且ADHD組連接強度低于0.4的人數(shù)遠大于HC組。兩組連接空間分布相似。（如圖二所示）。ADHD兒童大腦功能連接顯著降低(p < 0.05)，降低的連接主要涉及默認模式網(wǎng)絡、視覺網(wǎng)絡以及背側(cè)注意網(wǎng)絡（如圖三所示）。顯著變化的半球內(nèi)功能連接主要位于右半腦；顯著變化的異位功能連接主要是右半腦的額頂網(wǎng)絡、軀體運動網(wǎng)絡與左半腦的頂葉和視覺皮質(zhì)間的連接。

圖二ADHD和HC組的功能連通性

圖三 ADHD兒童大腦內(nèi)顯著降低的功能連接。功能連接分為對稱連接（左）、半球內(nèi)連接（中）和半球間非對稱連接（右）三組顯示。

3、腦網(wǎng)絡形態(tài)變化

如圖四所示，ADHD兒童相比正常兒童大腦網(wǎng)絡全局效率顯著降低(圖四a)，這表明ADHD兒童大腦全局信息整合能力較正常兒童發(fā)育滯后；局部網(wǎng)絡二者無顯著差異，這表明ADHD兒童局部信息處理能力與正常兒童發(fā)展一致；在大腦網(wǎng)絡節(jié)點效率方面， 與正常兒童相比，ADHD兒童表現(xiàn)出既有明顯降低（如右半球上軀體運動網(wǎng)絡、默認模式網(wǎng)絡和額頂葉網(wǎng)絡）的節(jié)點，也有明顯升高的節(jié)點（如左半球視覺和背側(cè)注意網(wǎng)絡的部分節(jié)點）。根據(jù)ADHD的雙通路模型，這一結(jié)果可能揭示了ADHD兒童的反應抑制缺陷以及在視覺和注意上的信息過載。

圖四 全局網(wǎng)絡效率、局部網(wǎng)絡效率，節(jié)點效率對比。

4、功能連接/網(wǎng)絡特征與臨床癥狀間的相關(guān)性

變化的功能連接與臨床癥狀的相關(guān)性見圖五，左側(cè)額頂葉和右側(cè)軀體運動網(wǎng)絡連接（a圖中綠線）、右側(cè)額頂葉-右視覺網(wǎng)絡連接（a圖中棕線）等與超活動評分、總評分顯著負相關(guān)；網(wǎng)絡特征與臨床評分的相關(guān)性結(jié)果見圖六，右側(cè)軀體運動網(wǎng)絡內(nèi)的一個節(jié)點的節(jié)點效率與超活動評分、總評分均顯著負相關(guān)

圖五 ADHD兒童腦功能連接與其癥狀表現(xiàn)的關(guān)系。

結(jié)論

本研究中，作者利用FNIRS技術(shù)探究ADHD患者腦功能連接和腦網(wǎng)絡變化規(guī)律，從連接組學這個新興視角揭示了ADHD兒童大腦網(wǎng)絡具有異于健康兒童的發(fā)育模式。該結(jié)果與以往基于磁共振影像的ADHD研究結(jié)論基本一致，表明了rs-fNIRS與連接組學方法相結(jié)合在探索ADHD兒童腦網(wǎng)絡研究上的可行性和潛在價值。

參考文獻

Wang Mengjing, Hu Zhishan , Liu Lu, Li Haimei, Qian Qujin, Niu Haijing. Disrupted functional brain connectivity networks in children with attention-deficit/hyperactivity disorder: evidence from resting-state functional near-infrared spectroscopy[J]. NeuroPhotonics, 2020.