段凯凯 董昊铭 苗丽雯 苏学权 相 洁 左西年,7

    人脑自适应多尺度功能连接的性别差异*

    段凯凯1董昊铭2,3,4,5苗丽雯1苏学权6,7相 洁1左西年2,3,4,5,7

    (1太原理工大学, 计算机科学与技术学院, 太原 030024) (2中国科学院行为科学重点实验室, 北京 100101)(3中国科学院大学, 心理学系, 北京 100049) (4中国科学院心理研究所磁共振成像研究中心, 北京 100101)(5中国科学院心理研究所, 脑与心智毕生发展研究中心, 北京 100101) (6广西师范学院, 体育学院, 南宁 530000) (7广西师范学院, 脑与教育重点实验室, 南宁 530001)

    已有脑成像研究展示了男女脑功能差异, 但功能磁共振信号的频率划分通常基于主观经验, 使脑功能性别差异的生物学解释遭遇瓶颈。本文提出人脑自适应多尺度功能连接算法, 刻画功能连接的时空多尺度特性, 揭示出0.06~0.10 Hz的性别差异：男性较强的连接主要与边缘网络和腹侧注意网络有关, 女性较强的连接主要与腹侧注意网络、视觉网络和额顶网络有关。

    性别差异; 功能连接; 脑网络; 功能磁共振成像; 低频特性

    1 引言

    近年来, 随着认知神经科学的快速发展和对功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)了解的深入, 有关脑信号的频率研究也被广泛关注。fMRI信号来源于大脑血液中脱氧血红蛋白含量的动态变化, 是一种非平稳非线性变化的信号, 具有复杂的时频特征。另外, fMRI信号是大脑复杂的机理性反映, 不同频段节律信号的生理意义尚无定论, 对fMRI信号进行时频分析是当下一种较为热门的研究方向, 但是在已有的研究中, 研究人员多根据主观经验或经典方法将其划分, 缺乏统一的分频标准, 致使该领域内相关分频研究的可重复性较差, 同时由于经典算法对数据的假设较多, 未能充分发掘功能磁共振信号的自身特性, 也阻碍了我们进一步了解它的内在生理意义。例如, 在对fMRI低频成分的脑功能网络研究中, Wu等人(2008)用切比雪夫滤波器将fMRI信号分为12个频段, 并探讨了功能连接的频率特性, 发现具有高功能连接系数的脑功能活动集中在特定的低频段(0.01~0.06 Hz); Salvador, Suckling, Schwarzbauer和Bullmore (2005)以及Salvador等人(2008)基于傅里叶方法对信号分频揭示了较高功能连接系数的脑功能活动分布在低频段(<0.10 Hz); Achard, Salvador, Whitcher, Suckling和Bullmore (2006)利用小波变换方法分为6个频段, 证明了低频成分(0.03~0.06 Hz)的全脑相关性最高; Zuo等人(2010)基于滤波器方法揭示了低频振幅在(0.027~0.073 Hz)频段有更强的幅值; Liang等人(2012)采用滤波器方法验证了低频段(0.027~ 0.073 Hz)形成的脑网络比0.01~0.027频段形成的脑网络更稳定 ......