基于多模态影像的弱视患者脑结构及功能研究

Amblyopia is a disorder of the visual system and it has been estimated to affect 2-4% of the population. The pathology of amblyopia is very complex.Although a lot of basic and clinic research has been carried out on amblyopia, the understanding of visual cognition is not adequate, especially concerning cortex changes caused by visual deprivation during the "critical period". By investigating the structure and function of the amblyopia's visual system, we will be able to contribute to the understanding the amblyopia pathology, assist to optimize the treatment and reduce the patients' burden, which can save more social resources. . In this study, we will acquire multi-modality imaging data of amblyopia, including structural MRI, diffusion tensor imaging and fMRI,etc. The amblyopia consists of both congential and acquired amblyopia at the ages of 6-11. We will firstly identify the structural and functional lesions of amblyopia brain, and then investigate the possible relationship among the structural alterations, functional deficits, and the clinic parameters. At the same time, we will investiagte the role of perceptual learning to brain plasticity in amblyopia. We will focus on developing the related multi-modality image processing method, such as the assesmnet of brain structure abnornality, viusal pathway reconstruction and brain network analysis etc. Our research will contribute to the understanding of amblyopia pathology, diagnosis, treatment and prognosis.

弱视是一种常见眼科疾病，在人群中发病率为2-4%。弱视的发病机制非常复杂，对弱视患者大脑的结构与功能的深入研究有助于弱视机理的认识，从而帮助医生优化治疗方案，减轻患者及家庭的负担，节约更多的社会资源。. 本项目中，我们将针对6-11岁之间的弱视儿童，采集包括磁共振结构像，弥散张量成像，磁共振功能像在内的多模态影像数据(包括先天弱视和后天弱视，以及弱视患者视觉知觉训练治疗前后的数据),采取横向和纵向结合的研究方法,对弱视患者大脑结构和功能的改变进行定位；分析结构改变、功能改变以及临床参数之间的关系；探讨视觉知觉训练对大脑结构和功能可塑性的影响。在此基础上，我们将重点研究多模态影像的相关处理与分析方法，包括大脑结构的测量和分析，视觉传导通路的重建，以及复杂脑网络的分析算法等内容等。本研究将为弱视的机理研究及临床定量化评估、诊断和治疗提供可靠的科学证据。

弱视的发病机制非常复杂，对弱视患者大脑的结构与功能的深入研究有助于弱视机理的认识，从而帮助医生优化治疗方案，减轻患者及家庭的负担，节约更多的社会资源。.本项目针对6-11 岁的弱视儿童，采集多模态影像数据,分别从脑结构、功能和脑网络层次来研究弱视患者大脑的可塑性，研究内容具有重要的理论意义和使用价值。其主要贡献如下：. 1）利用低频振荡振幅（ALFF）和比率低频振荡振幅（fALFF）来研究弱视患者脑功能的改变。我们发现弱视患者顶叶、颞叶、额叶等区域的ALFF值显著降低，颞极、脑岛等区域的ALFF值显著增高；相应的结果表明弱视患者视觉皮层以及相应视觉通路受到了损伤，也证实了弱视的病理基础主要位于大脑。2）其次，采用镜像同伦功能连接（VMHC）方法从大脑左右半球层面对弱视患者脑功能进行了相关研究。实验结果表明弱视患者颞叶、楔叶、楔前叶以及部分边缘系统展现出显著降低的VMHC值，同时，额叶部分区域以及脑岛则展现出显著增高的VMHC值。相应的结果表明弱视患者在进行视觉信息处理过程中，由于视觉相关区域以及视觉通路的损伤，半球间功能协作降低，同时也表明弱视患者大脑异常区域由于分工不同而表现出不同的功能定位。据我们所知，VMHC是第一次应用于弱视研究。3）构建了大脑的功能网络，利用图论分析方法对脑网络进行全局属性和局部属性的分析。并对影像学特征与临床参数进行了相关性分析。结果表明弱视患者颞中回fALFF、VMHC均值与左眼视敏度显著相关，而ALFF则没有表现出与临床参数之间的相关性。. 在上述研究的基础上，共发表论文22篇论文（SCI收录15篇，EI收录6篇），其中包括国际核心期刊论文14篇，国内期刊2篇，国际主流会议论文7篇，申请专利1项，软件著作权1项。项目期间参加了国内外学术会议14次，先后有4名博士生、2名硕士获得学位。项目负责人获得中科院青年创新促进会优秀会员。