基于 DTI-fMRI 融合分析探讨部分睡眠剥夺中脑网络 SC-FC 耦合模式的变化
神经元与认知
2025-12-02 v1
摘要
睡眠障碍是全球性公共卫生问题，认知-情感功能障碍是其核心症状。多模态 MRI 数据的分析为检测睡眠剥夺诱导的神经网络异常提供了有效方法。结构-功能耦合 (SC-FC) 将功能连接与白质结构信息相结合，可实现对脑网络异常的综合检测，并为睡眠剥夺诱导的神经损伤提供量化指标。本研究将扩散张量成像 (DTI) 和静息状态 fMRI (rs-fMRI) 融合，系统性地探讨脑网络的重组及其与情感功能的关系，针对部分睡眠剥夺 (PSD) 人群。我们的方法采用 DTI 构建结构连接 (SC) 网络，采用 rs-fMRI 建立功能连接 (FC) 网络，然后构建 SC-FC 耦合模型。实验包括 16 名健康对照 (HC) 和 20 名 PSD 患者，开展了全脑和节点层面的 SC-FC 分析。结果表明：(1) PSD 患者在 limbic 系统、默认模式网络、感觉运动网络和视觉网络等区域出现严重的 FC 失调；(2) 默认模式、感觉运动、视觉、语言和听觉网络的 SC 出现所变；(3) 这些网络中出现显著的 SC-FC 解耦；(4) 这些神经变化与临床量表 (KSQ 和 HADS 评分) 呈现强相关性。该 SC-FC 耦合方法实现了对 PSD 相关网络异常的综合检测。与单模态方法相比，这一整合的 SC-FC 分析提供了更全面的睡眠相关情感失调的生物标志物。该创新性多模态神经影像方法阐明了 PSD 诱导的 SC-FC 失衡的神经机制，建立了睡眠介导的情感失调的新型生物标志物。
关键词
引用
@article{arxiv.2512.00063,
title = {Exploring the changes in brain network SC-FC coupling patterns of partial sleep deprivation based on DTI-fMRI fusion analysis},
author = {Mengyuan Liu and Jing Hu and Zhenzhen Ru and Ruomeng Quan and Xu Zhang and Ning Qiang and Jin Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.00063},
year = {2025}
}