بررسی ارتباطات عملکردی غیرخطی با استفاده از نظریه گراف و داده های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی حالت استراحت در بیماری آلزایمر

Abstract

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی روشی غیرتهاجمی برای بررسی عملکرد مغز از طریق نوسانات فرکانس پایین سیگنال‌های وابسته به سطح اکسیژن خون می‌باشد. آنالیز عملکردی شبکه‌های مغزی برپایه سری‌های زمانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی معمولا با استفاده از محاسبه ضریب همبستگی پیرسون بین نواحی مختلف مغز انجام می‌شود. از آنجایی‌که همبستگی پیرسون ارتباطات خطی را آشکار می‌کند و در مورد همبستگی‌های غیرخطی محدودیت دارد، در این تحقیق با استفاده از روش کرنل ارتباطات عملکردی غیرخطی در داده-های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی بیماران آلزایمر مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. روش کرنل، با افزایش بعد فضا و انجام محاسبات در فضای جدید که معادل رابطه غیرخطی در فضای اولیه است، امکان ارزیابی ارتباطات عملکردی غیرخطی را فراهم می‌کند. برای ساخت گراف‌های وزن‌دار بدون جهت، از توابع کرنل مختلف با پارامترهای گوناگون استفاده می‌شود. سپس ویژگی-های سراسری گراف از جمله درجه، قدرت، طول مسیر مشخصه، ماژولاریتی، جهان کوچک و بهره‌وری محاسبه می‌شوند و آنالیز آماری غیرپارامتری جایگشتی انجام می‌شود. نتایج آنالیز آماری نشان می‌دهد که همبستگی بدست آمده از روش کرنل در مقایسه با همبستگی پیرسون تمایز بیشتری بین گروه بیمار و کنترل ایجاد می‌کند که می‌تواند به دلیل وجود ارتباطات غیرخطی‌ای باشد که روش پیرسون قادر به آشکارسازی آن‌ها نیست. همچنین در بین توابع کرنل مختلف، بیشترین تمایز آماری هنگام استفاده از کرنل چندجمله‌ای درجه سوم حاصل می‌شود. به منظور حصول اطمینان، از طبقه‌بند ماشین بردار پشتیبان با کرنل‌های مختلف نیز استفاده می‌گردد که بیشترین صحت طبقه‌بندی برابر با 79/0 ± 68/98 است. آنالیز شبکه حالت پایه نیز با روش کرنل و پیرسون انجام می‌شود که در آن، روش کرنل تفاوت آماری معنی‌دار بیشتری نشان می‌دهد. شایان ذکر است نواحی آنگولار راست و چپ که جزئی از شبکه حالت پایه هستند، با هیچ کدام از دو روش تمایزی نشان نمی‌دهند و می‌توان نتیجه گرفت بیماری آلزایمر بر ارتباط عملکردی این نواحی تاثیر چندانی ندارد.