استخراج ساختار ارتباطات عملكردي شناختي از دادگان fMRI و شناسايي نشانگرهاي مرتبط با مراحل اوليه بيماري MS

دكتري تخصصي

عدم عملكرد صحيح شناختي به¬طور مكرر در مراحل اوليه بيماري اسكلروز چندگانه (ام¬اس) گزارش ‌شده است. اختلال شناختي ناشي از ضايعات ساختاري در مغز بيماران مبتلابه ام¬اس مي¬تواند ارتباطات عملكردي مغز را تحت تأثير قرار دهد. تئوري گراف در تركيب با تصويربرداري تشديد مغناطيسي عملكردي (fMRI) امكان مدل¬سازي مغز را براي شناسايي الگوهاي ارتباط عملكردي در شرايط مختلف مغز و ارزيابي تغييرات مشخصه¬هاي توپولوژيكي شبكه مغز مي¬دهد. در اين رساله، ما به تشخيص تغييرات در الگوي ارتباطي شبكه مغز در هنگام اجراي يك وظيفه شناختي و شناسايي نشانگرهاي قابل¬اعتماد براي تفكيك معني¬دار بيماران مراحل اوليه ام¬اس از افراد سالم مي¬پردازيم. در اين راستا، اهميت ساخت شبكه¬ عملكردي كه بتواند بازتاب بهبوديافته¬اي از سازمان‌دهي شبكه مغز در جهت آشكارسازي اين تغييرات ارائه دهد، موردتوجه قرارگرفته است. در مطالعه حاضر، نسخه فارسي و اصلاح¬شده¬اي از وظيفه جمع متوالي شنيداري گام¬به¬گام (PASAT) طراحي و در يك اسكنر 3 تسلا به افراد موردمطالعه ارائه شد. در گام نخست ماتريس¬هاي مجاورت با اعمال آستانه گذاري نسبي بر روي شبكه¬هاي عملكردي مبتني بر همبستگي پيرسون به دست آمدند. سپس با محاسبه اندازه¬گيري¬هاي مختلفي از ويژگي¬هاي كلي و ناحيه¬اي گراف، مشخصه¬هاي شبكه بين بيماران ام¬اس و گروه كنترل مقايسه شدند. در شبكه مغزي مبتني بر اجراي وظيفه، ارتباطي بين ساختار مدولار، خوشه¬بندي و انديس جهان كوچك با عملكردهاي شناختي مشاهده شد. همچنين زيرمجموعه¬اي از نواحي مغزي تأثيرپذير از اختلالات شناختي شامل شكنج فوزيفرم، پوتامن راست، شكنج قطب گيجگاهي فوقاني راست، هيپوكامپ، پاراهيپوكامپ، آميگدال و برخي از نواحي مخچه شناسايي شدند. در ادامه، چارچوبي معرفي شد كه شبكه عملكردي را با در نظر گرفتن دو ساختار ذاتي مهم مغز، تُنُكي و مدولار مدل مي¬كند. براي رويكرد پيشنهادي، ابتدا نمايش تُنُك گروهي از طريق آموزش يك ديكشنري فوق كامل با حضور همه سري¬هاي زماني عملكردي از افراد دو گروه استخراج شد. سپس مفهوم ساختار مدولار بر روي ضرايب تُنُك به‌دست‌آمده براي محاسبه شدت ارتباطات نواحي جهت بررسي تفاوت¬هاي بين-گروهي به كار گرفته شد. تغييرات در خواص توپولوژيكي شبكه با در نظر گرفتن وزن ارتباطات هر جفت ناحيه و استخراج ويژگي-هاي گراف، موردبررسي قرار گرفت. نتايج حاصله توانايي تمايز بالا و معني¬دار ويژگي مدولاريتي را در ميان همه ويژگي¬هاي كلي شبكه نشان داد. به¬علاوه، زيرمجموعه¬اي از ويژگي¬هاي ناحيه¬اي مانند مركزيت بردار ويژه، گريز از مركز، شدت گره، و درجه درون-مدول شناسايي شد، كه به¬طور معني¬دار بين دو گروه متفاوت بودند. همچنين، نشان داده شد مدل ساخت شبكه¬ عملكردي پيشنهادي در اين مطالعه با ادغام نمايش تُنُك و ساختار مدولار با به¬كارگيري شدت ارتباطات دوبه¬دويي و ويژگي¬هاي گراف مي¬تواند با شناسايي نشانگرهاي مؤثر و نواحي مغزي بااهميت به تشخيص زودهنگام تغييرات شناختي در بيماري ام¬اس منجر شود.

193881

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر غلامعلي حسين زاده - دكتر مسعود مهرپور

بيوالكتريك

دكتر محمدرضا دليري - دكتر حميد بهنام