MCI选择性损害记忆机制的多模态神经影像研究

It is well known that almost all Alzheimer`s diseases derived from mild cognition.impairment(MCI).The neural mechanism and biomarker underlying this conversion has been poorly understood. Growing evidences indicated that the default mode network(DMN)in the human brain is closedly involved in episodic memory and has related to MCI.Most previous studies focused on DMN took it as a whole network.However,recent neuroimaging studies demonstrated the DMN consisting of multiple subsystems with each subserves distinct functions.We hypothesized that MCI which characterized by episodic memory impairment may selectively deteriorate the memory subsysytem of DMN.Our prior study by using low frequency fluctuation analysis preliminarily verified this hopothesis. In this project，we aim to deeply and extensively explore this hypothesis by combination of multiple modality neuroimageing approach,such as gray cortex thickness measurement，diffusion tesor imaging（DTI）and functional connectivity. . We will obtain the multiple modality neuroimaging data from the patients of MCI,AD and normal control old subjects with three years following up，and mainly investigate the characteristics of DMN and its subsysytem across these three groups: 1).Measurement of the structure network changes(gray cortex thickness and DTI). 2).Changes of functional connectivity network.3).Integration of multiple modality data..Answering these questions will help us to find out the early biomarker and clarify the conversion mechanism of MCI,thus providing us the basic data for the study of the early diagnosis and treatment of AD.

MCI转化为AD的早期生物标记及其机制，是AD研究的热点与核心问题。人脑默认网络 （DMN）与记忆密切相关。近年许多研究焦点集中在探索MCI病人DMN特征改变，但大多把 DMN作为整体，没有注意到DMN包含不同功能子网络，上述问题尚未解决。我们推断以记忆障碍为特征的MCI病人，可能只选择性损害DMN记忆子网络，而不是整体。前期我们BOLD信号低频振幅研究，初步验证了该假设。本项目拟应用多模态 神经影像技术（皮层厚度、DTI及fMRI功能连接），从结构与功能整合角度，深入研究这些问题。. 研究针对MCI病人，设立阴性与阳性对照（正常老人和AD），三年跟踪随访，多层面探讨DMN及其子网络特征：①结构连接网络（皮层厚度与 DTI）；②fMRI功能连接网络；③多模态数据整合。研究这些问题，有助发现MCI转化的生物标记，阐明转化机制，为AD早期诊断和治疗提供新思路、获得基础性资料。

本项目完成并基本实现了计划和目标。项目研究针对MCI病人选择性损害默认网络记忆子系统机制的多模态MRI研究，结果较好验证了我们的假设，即MCI患者选择性损害默认网络的记忆相关络子系统，并从BOLD信号的低频振幅和功能连接两个层面进行了初步验证。研究过程中根据最新国际研究进展及本项目组以往的研究，增加基于DTI数据对正常人、MCI病人大脑网络小世界属性的研究。发现正常人和MCI病人大脑功能网络均具有小世界属性，与AD病人比较， MCI和正常人的小世界参数与正常人比较未发生明显改变。.主要结果和意义概述如下：1.MCI患者选择性损害默认网络的记忆相关络子系统。我们前期利用静息态BOLD信号低频振幅（ALFF）方法初步验证了我们的预先假设，本项目则从局部一致性和功能连接两个层面进行了进一步验证。结果发现MCI患者选择性损害默认网络中的记忆相关子系统，而不是整个默认网络。这些结果可以很好的解释MCI病人临床症状特点，为AD早期诊断方法的探索以及阐明MCI病人转化为AD的神经机制提供了基础性资料。2.MCI病人存在一定代偿现象。BOLD信号的 低频振幅分析发现，MCI病人默认网络的中颞叶子系统，BOLD信号活动低频振幅减低，但在其他区域有代偿性增高。功能连接也存在增高和减低现象。3.本课题组还利用基于体素的脑皮层分析方法，对MCI、AD病人及正常对照的脑皮层动态变化规律进行了研究，结果发现MCI向AD进展过程中，脑灰质萎缩主要发生于内侧颞叶（海马、海马旁回及杏仁核），脑灰质萎缩存在左侧严重于右侧的现象，在边缘系统内部呈现自海马向其它区域（杏仁核和丘脑）的蔓延趋势。MCI向AD进程中脑灰质萎缩的部位和发展趋势与健康老年人增龄性脑灰质萎缩之间存在显著差异。这些结果，从皮层结构改变角度对MCI病人的演变机制进行了补充研究。相关论文已在国内期刊发表。 4. 本项目还利用DTI对MCI病人的小世界属性进行了验证和比较。课题组前期发现正常人、MCI和AD患者的MRI脑功能网络具有小世界属性。本项目从DTI角度，研究发现三组研究对象的DTI网络也存在小世界属性，这对前期研究是非常重要的补充。