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脑连接组:结构与功能连接02 / 20

脑图谱与节点定义

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构建脑网络的通用流程可以概括为四步:定义节点 → 估计边 → 阈值化/加权 → 计算指标。前两步决定了网络“是什么”。

节点通常是脑区(region of interest, ROI),由一个图谱(atlas/parcellation)划定。常用图谱包括:

图谱 节点数 依据
AAL(Tzourio-Mazoyer 等, 2002) 90(去小脑)/ 116 解剖沟回
Desikan–Killiany(FreeSurfer) 68 皮层区 个体皮层表面的沟回
Power 264(Power 等, 2011) 264 个球形 ROI 任务激活荟萃分析与静息态 FC 边界
Schaefer(2018) 100–1000 可选 静息态 FC 的局部梯度与全局相似性,并标注所属 Yeo 7/17 网络
HCP-MMP1.0(Glasser 等, 2016) 360 多模态(结构、功能、髓鞘、连接)

关键点:节点数不同,网络指标就不同。同一批数据用 90 个和 1000 个节点构网,平均路径长度、聚集系数、度分布形态都会变化(Zalesky 等, 2010, NeuroImage)。因此跨研究比较绝对数值意义不大,比较同一流程下的组间差异更可靠。

另一个隐含假设是:节点内部是同质的——用一个 ROI 内体素的平均时间序列代表整个脑区。如果图谱边界与个体真实功能边界不吻合,平均信号会混合不同功能单元。Smith 等(2011, NeuroImage)在模拟 fMRI 数据中比较多种网络估计方法时发现,功能上不准确的 ROI 对网络估计的破坏最为严重,并据此提醒对基于纯解剖图谱的结果保持谨慎。节点应按群体图谱还是按个体定义,是一个仍在讨论的问题(见研究前沿与开放问题)。

选择图谱时可以问三个问题:(1)节点边界依据的模态与研究问题一致吗——研究功能网络时,基于 FC 或多模态的图谱通常优于纯解剖图谱;(2)是否覆盖皮层下与小脑——许多皮层图谱不含这些结构,需要另行拼接,例如 Tian 等(2020, Nature Neuroscience)用 FC 梯度划分的皮层下图谱;(3)节点大小是否大致均匀——体积差异大的节点会让流线数、平均信号的信噪比都随体积变化,需要在边权中校正。