基于脑网络组图谱和机器学习的卒中后失语症转归预测模型的构建及康复机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81902278
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2001.康复治疗与康复机制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Aphasia is a common advanced cerebral dysfunction after cerebral stroke. Precise prediction of language function is beneficial for relief of the social-psychological burden and decision-making of individualized rehabilitation, which is a difficult and popular issue in neurorehabilitation. Recent research has revealed that indices of multi-modal magnetic resonance imaging have the potential to improve the accuracy of traditional predictive models based on demographic parameters and clinical scores, but the efficiency is still not good enough for clinical application. Additionally, the neural mechanisms for language recovery are also unclarified. Our preliminary findings show that neuroimaging indices including white matter integrity of specific fiber segment are associated with scores of multiple language subtests, which are of potential predictive value. This project is based on the theory of contemporary language pathway and brain network processing model. We plan to perform subtle cortical parcellation and subcortical segmentation using the Human Brainnetome Atlas, and select critical imaging features for the predictive model from multiple levels including white matter pathway, rest-state functional network and complicated structural network. Multiple machine learning algorithms will be chosen to train and test the predictive model, and determine the variables and parameters with the optimal discrimination and accuracy. Finally, we will investigate the dynamic changes of neural pathways and networks by follow-up. The research on neuroimaging mechanisms of language recovery will provide novel insights for individualized rehabilitation strategies in patients with post-stroke aphasia.
失语症是脑卒中常见的脑高级功能障碍。卒中后失语症患者语言功能预后的个体化精准预测可以减轻社会-心理负担并协助康复方案的决策,已经成为神经康复领域的难点和热点。近年研究发现,多模态磁共振影像指标可以提高行为学评分和人口学特征所构建的传统预测模型的准确性,但综合效能未达到理想的临床适用性,且语言康复的神经机制尚未完全明确。本项目前期工作发现局部白质纤维完整性等神经影像学指标与多项语言评分存在关联,具有潜在的预测价值。本项目拟在现代语言通路和脑网络加工模型的基础上,利用人类脑网络组图谱细化分割皮层及皮层下核团亚区结构,从白质纤维通路、静息态功能网络、复杂脑结构网络等多个层面筛选关键的预测变量纳入模型。借助多种机器学习算法在预测模型上反复训练、验证,确定最优综合效能的参数变量组合。最后,通过随访对比神经通路和脑网络的动态变化,为研究卒中后失语症康复的脑影像学机制和个体化治疗策略提供新思路。

结项摘要

失语症是脑卒中常见的脑高级功能障碍。卒中后失语症患者语言功能预后的个体化精准预测可以减轻社会-心理负担并协助康复方案的决策,已经成为神经康复领域的难点和热点。在本项目的资助下,本研究团队组建了多模态失语症队列数据库,利用多模态磁共振技术实现了失语症早期快速筛查。在现代语言通路和脑网络加工模型的理论基础上,项目组利用人类脑网络组图谱细化分割皮层及皮层下核团亚区结构,从白质纤维通路、静息态功能网络、复杂脑结构网络等多个层面筛选关键的预测变量。本研究发现,腹背侧双通路中交叉纤维的轴索内体积下降,特异性纤维群体的的微结构损伤特征是敏感的失语症生物标记物。右侧皮层下镜像脑区的灌注水平和皮层-皮层下功能连接强度的改变可以反映命名能力,而扣带回的神经血管耦联状态与理解分数存在关联。基于以上多模态影像关键特征,本研究建立了结合机器学习的语言转归预测模型,提升了模型的预测准确性。此外,本研究还分析了失语症患者中神经通路和脑网络的动态变化,阐明了非优势侧半球皮质-皮质下环路参与卒中后命名功能重组的潜在神经生理学机制,为今后失语症患者康复策略提供了基础。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Comparative efficacy of non-invasive brain stimulation for post-stroke aphasia: A network meta-analysis and meta-regression of moderators
非侵入性脑刺激对中风后失语症的比较疗效:网络荟萃分析和主持人的荟萃回归。
  • DOI:
    10.1016/j.neubiorev.2022.104804
  • 发表时间:
    2022-08-04
  • 期刊:
    NEUROSCIENCE AND BIOBEHAVIORAL REVIEWS
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Ding, Xiaodi;Zhang, Shuangshuang;Zhang, Jie
  • 通讯作者:
    Zhang, Jie
Altered Coupling Between Cerebral Blood Flow and Voxel-Mirrored Homotopic Connectivity Affects Stroke-Induced Speech Comprehension Deficits.
脑血流和体素镜像同伦连接之间的耦合改变会影响中风引起的言语理解缺陷
  • DOI:
    10.3389/fnagi.2022.922154
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in aging neuroscience
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
  • 通讯作者:
Correlations between Dual-Pathway White Matter Alterations and Language Impairment in Patients with Aphasia: A Systematic Review and Meta-analysis
失语症患者双通路白质改变与语言障碍之间的相关性:系统评价和荟萃分析
  • DOI:
    10.1007/s11065-021-09482-8
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Neuropsychology Review
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Zhang Jie;Zhong Shuchang;Zhou Liang;Yu Yamei;Tan Xufei;Wu Min;Sun Peng;Zhang Wei;Li Juebao;Cheng Ruidong;Wu Yanfei;Yu Yanmei;Ye Xiangming;Luo Benyan
  • 通讯作者:
    Luo Benyan
Cerebral perfusion mediated by thalamo-cortical functional connectivity in non-dominant thalamus affects naming ability in aphasia.
非优势丘脑丘脑皮质功能连接介导的脑灌注影响失语症的命名能力
  • DOI:
    10.1002/hbm.25696
  • 发表时间:
    2022-02-15
  • 期刊:
    Human brain mapping
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Zhang J;Zhou Z;Li L;Ye J;Shang D;Zhong S;Yao B;Xu C;Yu Y;He F;Ye X;Luo B
  • 通讯作者:
    Luo B
Fixel-based evidence of microstructural damage in crossing pathways improves language mapping in Post-stroke aphasia.
基于 Fixel 的交叉通路微观结构损伤证据改善了中风后失语症的语言映射
  • DOI:
    10.1016/j.nicl.2021.102774
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    NeuroImage. Clinical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang J;Zheng W;Shang D;Chen Y;Zhong S;Ye J;Li L;Yu Y;Zhang L;Cheng R;He F;Wu D;Ye X;Luo B
  • 通讯作者:
    Luo B

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其他文献

素数元旋转对称弹性布尔函数的构造与计数
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高次数弹性函数的构造
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    --
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    --
  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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GF(p)上q元旋转对称弹性函数的一个等价刻画
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    杜蛟;庞善起;温巧燕;张劼
  • 通讯作者:
    张劼

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丘脑皮质环路的微结构重塑和动态功能网络介导卒中后失语症命名功能康复的机制研究
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  • 批准年份:
    2022
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    52 万元
  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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