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脑的功能具有两个基本的组织原则:功能分化与功能整合。人脑通常作为一个网络来完成其功能。从网络结点连接的角度来研究可分为局部网络和全局网络。基于局部网络的研究方法分为功能连接和有效连接。本文旨在利用功能磁共振成像技术,从有效连接的角度来研究人脑运动皮层的网络组织模式,考察在握力刺激发生变化时脑功能网络连接的变化,从而探索与运动相关的不同脑区之间瞬间信息传递的机制。本文的主要工作体现在以下几个方面:
1.研究握力刺激强度与运动皮层激活程度的相关性。研究结果表明:三种不同握力运动使对侧主运动区(M1)、对侧躯体感觉区(S1)、对侧辅助运动区(SMA)、对侧运动前区(PMC)明显激活,同侧激活区较小或者未见激活区；同侧小脑激活区较对侧明显激活。随着握力强度的增高,M1和S1激活强度、范围都提高；小脑激活程度有所降低。这一研究结果支持了以往研究关于正常人手握力运动时脑皮质运动网络被激活,握力刺激强度与M1、S1的激活程度呈正相的发现。
2.在基于fMRI的脑网络分析中应用动态因果模型(DCM)来构建脑运动皮层网络,首次考察了在握力刺激作为驱动输入以及其变化作为扰动输入的网络模型中,辅助运动区,主运动区,小脑之间的因果关系。研究表明:以辅助运动区为输入脑区,依次按串联方式向前连接主运动区和小脑的模型为假设模型中的最优模型。当握力刺激强度增大时,辅助运动区向主运动区之间的连接系数亦增大。从感兴趣区提取的时间序列及BOLD信号改变百分比图中表明主运动区(4区)激活程度最大,这一结果支持4区与运动神经元有很强的突触连接这～结论,即4区在其他皮层不够激发运动的刺激强度,它仍有可能有效地激发运动。辅助运动区在握力运动和静息状态下均有信号百分比的改变,这个结果证实了该区在运动计划和准备中所起的作用。
3.在基于fMRI的运动皮层的研究中首次引入云模型来研究人脑激活区响应的性别差异。研究结果表明:与女性相比,男性脑激活区T值的均值较高,熵和超熵较女性低。这表明男性脑激活区的T值更加集中且均一性更高。女性在不同握力水平下云模型的交叉区域比男性大,由此可以推断女性对不同握力的区别能力较男性更模糊。通过云模型的数字特征值计算得出:无论男女受试者,握力水平越高,T值的熵和超熵越大；由此可以推断:握力响应的不确定性随着握力的增加而增加,而稳定性变弱。