基于多模态磁共振影像的阿尔茨海默病疾病进程脑连接组学研究

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease. Previous studies have demonstrated that AD is a typical disconnection syndrome. However, knowledge about abnormal structural and functional network topological property with AD progression and the model of pathology spreads of AD is understudied. The current project will systematically characterize brain network organization with AD progression by combining multi-modal MRI (diffusion MRI and resting-state functional MRI) and graph-based complex network approaches. The proposed project will mainly include: 1) investigating abnormal connectivity pattern and topological organization of structural and functional brain networks in different stages of AD; 2) exploring optimal simulation models with AD progression along the networks; 3) searching for neuroimaging biomarker for the early diagnosis of AD and monitoring the disease progression based on abnormal connectivity patterns and network architectures as well as the parameters of diffusion model. This project will not only provide novel insights into the pathophysiological mechanisms of AD progression, but also offer new ways for early clinical diagnosis of AD and monitoring the disease progression.

阿尔茨海默病是一种随着时间不断恶化的神经退行性疾病。研究表明阿尔茨海默病是一种典型的脑失连接综合症。然而，目前仍然缺乏对阿尔茨海默病不同疾病阶段的脑结构和脑功能网络以及疾病扩散模型的研究。本项目拟采用多模态磁共振影像技术（扩散和静息态功能磁共振影像），结合复杂脑网络分析方法对阿尔茨海默病不同疾病阶段患者脑网络进行全面评价，包括：1）研究阿尔茨海默病不同疾病阶段患者的脑结构和功能网络的连接模式和拓扑组织异常；2）研究阿尔茨海默病在不同疾病阶段沿脑网络扩散的仿真模型；3）以阿尔茨海默病不同疾病阶段异常的连接模式、网络拓扑属性和扩散模型参数为特征，探寻阿尔茨海默病早期诊断和监控疾病进程的影像学生物标记物。本项目的实施不仅为理解阿尔茨海默病疾病进程的病理生理机制提供新的视角，而且为阿尔茨海默病的早期临床诊断和疾病进程监控提供新的手段。

该项目主要基于结构和功能磁共振影像技术，结合图论的分析方法，通过对大脑构建结构和功能网络全面分析阿尔茨海默病疾病不同阶段的拓扑属性异常。.首先，之前我们的研究发现阿尔茨海默病主要是脑核心区域的连接受损。然而现在对大脑核心区域的定义很不明确，我们首先提出了基于多目标进化算法的重叠式模块划分方法识别大脑的核心区域，进而明确阿尔茨海默病是否是重叠区域的连接异常。其次，我们基于阿尔茨海默病人群及其前期阶段轻度认知障碍患者，研究了他们的结构和功能网络的异常以及两个网络耦合的异常。我们认为阿尔茨海默病功能网络的变化优先于结构网络。最后，我们还探究了一些可能的治疗方案和在其他疾病中方法学的稳定性。.在本课题的资助下，我们共发表7篇SCI论文，其中4篇为通讯作者，3篇为一作或者并列一作。2篇影响因子大于5分，培养硕士4名，本科生5名。项目组成员参加了国际人脑图谱会议3次。