شماره مدرك :
19334
شماره راهنما :
16741
پديد آورنده :
جعفري، احمد
عنوان :

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

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مخابرات سيستم
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
127 ص
توصيفگر ها :
پيري مغز , تئوري گراف , rs-fMRI , ارتباط عملكردي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/01/14
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي برق
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/01/14
كد ايرانداك :
23023643
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
The human brain undergoes complex changes with age, which can lead to either improvements or declines in brain function. Investigating the normal and abnormal trajectory of brain development with age is crucial for identifying strategies to enhance brain function, early detection of functional disorders, and intervening to slow their progression. Resting-state functional MRI (rs-fMRI) allows for the examination of the functional organization of the brain. In rs-fMRI images, blood oxygen level-dependent (BOLD) signals are recorded for each brain region, reflecting its functional activity over time. Functional connectivity between two brain regions is obtained by calculating the statistical correlation between their BOLD signals. Brain function is characterized by multilateral interactions and functional connectivity among various brain regions. Therefore, conceptualizing brain organization as a graph with nodes representing brain regions and edges representing functional connections enables modeling of brain functional organization. The number of nodes, edges, and the pattern of connections between nodes determine the topology of the brain graph.The primary aim of this research is to investigate changes in brain function from a graph theory perspective in normal individuals. To this end, we examine how the topological features of brain functional graphs change with age in healthy individuals.The dataset for this research comprises rs-fMRI images from three datasets: ABIDE I, ABIDE II, and NKI, encompassing 1254 data from individuals aged 6 to 85 years. The ABIDE dataset includes images from several laboratories worldwide, each employing slightly different imaging devices and protocols. In this study, using GLM eva‎luation, the effects of age, age squared, gender, and differences in imaging centers on the topological features of brain functional graphs were examined. Moreover, only if the trends in changes of each topological feature with age were replicable across the entire dataset (ABIDE I, ABIDE II, and NKI) were they accepted as genuine age-related changes.This study revealed that the effect of differences in imaging centers prominently influences the topological features of brain functional graphs, and only after removing the effect of imaging center differences, the trends in changes of topological features with age across the entire dataset (ABIDE I, ABIDE II, and NKI) are replicable. The findings suggest that the human brain exhibits small-world and modular structures. After removing the effect of differences in imaging centers, characteristic path length increases, clustering coefficient, small-worldness, local efficiency, global efficiency, modularity, functional connectivity strength, mean within-network connectivity, and mean between-network connectivity decrease with age. Additionally, the characteristic path length is higher in females than males, while functional connectivity strength, mean within-network and between-network connectivity, global efficiency, and local efficiency are higher in males than females. However, modularity and small-worldness do not significantly differ between males and females, indicating that the balance between within-network and between-network connectivity, as well as between global and local efficiency, does not substantially differ between genders.
استاد راهنما :
بهزاد نظري , فرزانه شايق بروجني
استاد داور :
رسول امير فتاحي ورنوسفادراني , جلال ذهبي
لينک به اين مدرک :

بازگشت