【摘 要】
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阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种以记忆功能损伤为主要特征的神经退行性疾病.目前,科学界和医学界对AD的研究取得了许多重要结果.然而由于AD的复杂性,关于该病的病理机制与诊断预测等方面,仍然存在许多科学问题亟待解决.本文结合非线性动力学和统计分析的相关理论与方法,分别从神经计算和数据驱动角度,探讨了与AD相关的海马神经元的动力学和静息态下脑自发活动特性,以对AD的发
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阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种以记忆功能损伤为主要特征的神经退行性疾病.目前,科学界和医学界对AD的研究取得了许多重要结果.然而由于AD的复杂性,关于该病的病理机制与诊断预测等方面,仍然存在许多科学问题亟待解决.本文结合非线性动力学和统计分析的相关理论与方法,分别从神经计算和数据驱动角度,探讨了与AD相关的海马神经元的动力学和静息态下脑自发活动特性,以对AD的发病机理和早期干预诊断提供理论依据.论文的主要内容和结论如下:1.研究了 AD关联的海马神经元模型及其动力学.鉴于胆碱能对注意机制和记忆功能的重要生理意义,本文通过在原有海马神经元模型中引入M电流IM和钙离子激活的钾离子电流IAHP以刻画内侧隔膜对海马的胆碱能输入,构建了具有胆碱能作用的改进海马CA1区锥体神经元模型.然后,借助于功率谱分析和神经元放电率,采用数值仿真探讨了乙酰胆碱匮乏增强的电流IM及IAHP和beta淀粉样蛋白（Aβ）沉积增强的延迟整流钾离子电流IK对海马神经元动力学的影响.研究结果表明,乙酰胆碱匮乏和Aβ沉积都能使得海马神经元的theta频带相对功率增加,而放电率减小,这与已有的关于AD表征的电生理实验结果相一致.进一步利用非线性动力学方法讨论了这一现象的内在动力学机理,发现乙酰胆碱匮乏和Aβ沉积都能促使海马神经元从极限环状态转换到平衡点吸引子状态,这与theta频带相对功率增加和神经元放电率降低相关.2.基于静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）数据,融合局部一致性（ReHo）、低频振荡振幅（ALFF）及度中心度（DC）多种数据分析方法,刻画AD患者和正常对照组（NC）静息态下大脑自发活动的差异,探讨了 AD患者的脑自发活动特性.统计分析结果表明:与NC相比,AD患者双侧颞中回、右侧角回及左侧楔前叶的ReHo值明显减小;左侧楔前叶的ALFF值显著降低;右侧嗅皮质、左侧顶下缘角回、左侧颞横回、左侧缘上回及右侧海马的DC值显著降低.以上现象表明AD患者上述这些脑区的脑自发活动异常受损,这与AD患者的记忆力衰退密切相关.同时,上述三种数据分析方法的结果意味着左侧楔前叶受损可能是由右侧嗅皮质的重要程度降低导致的,表现为AD患者记忆能力下降是由记忆形成过程受损引起的.3.基于rs-fMRI数据,探讨了 AD患者脑自发活动的动态性与一致性.首先结合滑动窗口方法和rs-fMRI数据的三种分析方法（ReHo、ALFF与DC）,刻画了AD患者与NC被试大脑自发活动的动态性特征.统计分析结果表明:与NC相比,AD患者左侧楔前叶的ReHo动态性降低;双侧距状裂周围皮层的ALFF动态性异常升高;双侧丘脑、右侧岛盖部额下回、左侧嗅皮质、左侧中央沟盖、右侧三角部额下回及右侧顶上回的DC动态性异常增高.然后,借助ReHo、ALFF与DC动态指标之间的一致性,衡量了大脑在不同功能层面的整合能力.统计分析结果表明:相对于NC,AD患者右侧尾状核的指标间一致性显著降低;右侧内侧额上回、左侧距状裂周围皮层、右侧岛盖部额下回及右侧补充运动区的指标间一致性明显升高.该研究结果表明AD患者一些脑区自发活动的动态性及其整合能力出现异常,这为临床早期诊断和治疗AD提供较全面的神经影像学理论依据.
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