بررسي و مدلسازي تغييرات عملكردي مغز با افزايش سن از ديدگاه تئوري گراف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

عملكرد مغز انسان با افزايش سن دچار تغييرات پيچيده اي مي شود. اين تغييرات مي توانند در راستاي بهبود يا زوال عملكردي مغز پيش برود. از اين رو بررسي روند رشد طبيعي و غيرطبيعي مغز با افزايش سن براي يافتن راهكارهايي در راستاي بهبود عملكرد مغز، شناسايي زودهنگام نشانه هاي اختلالات عملكردي و پادرمياني براي به درنگ انداختن آغاز آن ها و يا كند كردن پيشرفت آن‌ها ضروري است. تصاوير rs-fMRI امكان بررسي سازمان عملكردي مغز را فراهم مي سازد. در اين تصاوير براي هر ناحيه از مغز نوسانات وابسته به سطح اكسيژن خون (BOLD) در يك سيگنال ثبت مي شود. سيگنال BOLD بيانگر ميزان فعاليت عملكردي آن ناحيه در طول زمان ثبت سيگنال است. ارتباط عملكردي ميان دو ناحيه از همبستگي آماري ميان سيگنال BOLD دو ناحيه به دست مي آيد. عملكرد مغز چندوجهي و نتيجه ي همكاري و ارتباط عملكردي ميان نواحي گوناگون در مغز است. بنابراين چنانچه نواحي مغز و ارتباط عملكردي ميان آن ها به ترتيب گره ها و يال هاي يك گراف در نظر گرفته شوند، مي توان سازمان عملكردي مغز را با يك گراف مدل كرد. تعداد گره، تعداد يال و الگوي قرار گرفتن يال ها ميان گره ها توپولوژي گراف را مي سازند. هدف اصلي در اين پژوهش بررسي تغييرات عملكردي مغز از ديدگاه تئوري گراف در افراد عادي است. به اين منظور بررسي مي كنيم كه ويژگي هاي توپولوژي گراف عملكردي مغز در افراد عادي با افزايش سن چگونه تغيير مي كنند. مجموعه داده ي اين پژوهش از تصاوير rs-fMRI در سه مجموعه داده ي ABIDE I، ABIDE II و NKI پايه ريزي شده است كه دربردارنده ي 1254 داده از افراد در گستره ي سني 6 تا 85 سال است. تصاوير مجموعه داده ي ABIDE از تصاوير چندين آزمايشگاه در سراسر جهان پايه ريزي شده است كه دستگاه و پروتكل تصويربرداري در اين آزمايشگاه ها به طور دقيق مانند هم نيست. در اين پژوهش با به كارگيري ارزيابي GLM، اثر سن، توان دوم سن، جنسيت و تفاوت در مركز تصويربرداري بر روي ويژگي هاي توپولوژي گراف عملكردي مغز بررسي شد. همچنين تنها درصورتي‌كه روند تغيير هر كدام از ويژگي هاي توپولوژي با افزايش سن، در مجموعه داده ي كل، ABIDE I، ABIDE II و NKI تكرارپذير بود به‌عنوان يك روند تغيير واقعي، ناشي از اثر سن پذيرفته شد. در اين پژوهش ديده شد كه اثر تفاوت در مركز تصويربرداري به‌گونه‌اي برجسته بر روي ويژگي هاي توپولوژي گراف عملكردي مغز داراي اثر بوده و تنها پس از حذف اثر تفاوت در مركز تصويربرداري، روند تغيير ويژگي هاي توپولوژي گراف عملكردي مغز با افزايش سن در مجموعه داده ي كل، ABIDE I، ABIDE II و NKI تكرارپذير است. دستاوردهاي اين پژوهش نشان مي دهد كه مغز انسان داراي ساختار جهان كوچك و ساختار جامعه (ماژولار) است. پس از حذف اثر تفاوت در مركز تصويربرداري در ويژگي‌هاي توپولوژي گراف عملكردي مغز با افزايش سن، طول مسير مشخصه افزايش و ضريب خوشه بندي، جهان كوچك، كارايي محلي، كارايي سراسري، ماژولاريتي، توان ارتباط عملكردي، ميانگين ارتباط درون شبكه و ميانگين ارتباط بين شبكه كاهش مي يابد. همچنين دستاوردهاي اين پژوهش نشان مي دهد كه طول مسير مشخصه در زنان بيشتر از مردان و توان ارتباط عملكردي، ميانگين ارتباط درون و بين شبكه، كارايي سراسري و كارايي محلي در مردان بيشتر از زنان است. بااين‌حال ماژولاريتي و جهان كوچك در مردان و زنان تفاوت چنداني نداشت. اين نشان مي¬دهد كه تعادل ميان ارتباط درون و بين شبكه و تعادل ميان كارايي سراسري و محلي در زنان و مردان تفاوت چنداني ندارد.

226480

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان