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

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی روشی غیرتهاجمی برای بررسی عملکرد مغز از طریق نوسانات فرکانس پایین سیگنال های وابسته به سطح اکسیژن خون می باشد. آنالیز عملکردی شبکه های مغزی برپایه سری های زمانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی معمولا با استفاده از محاسبه ضریب همبستگی پیرسون بین نواحی مختلف مغز انجام می شود. از آنجایی که همبستگی پیرسون ارتباطات خطی را آشکار می کند و در مورد همبستگی های 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 می گیرند. 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 می کند. برای ساخت گراف های وزن دار بدون جهت، از توابع کرنل مختلف با پارامترهای گوناگون استفاده می شود. سپس ویژگی-های سراسری گراف از جمله درجه، قدرت، طول مسیر مشخصه، ماژولاریتی، جهان کوچک و بهره وری محاسبه می شوند و آنالیز آماری غیرپارامتری جایگشتی انجام می شود. نتایج آنالیز آماری نشان می دهد که همبستگی بدست آمده از روش کرنل در مقایسه با همبستگی پیرسون تمایز بیشتری بین گروه بیمار و کنترل ایجاد می کند که می تواند به دلیل وجود ارتباطات غیرخطی ای باشد که روش پیرسون قادر به آشکارسازی آن ها نیست. همچنین در بین توابع کرنل مختلف، بیشترین تمایز آماری هنگام استفاده از کرنل چندجمله ای درجه سوم حاصل می شود. به منظور حصول اطمینان، از طبقه بند ماشین بردار پشتیبان با کرنل های مختلف نیز استفاده می گردد که بیشترین صحت طبقه بندی برابر با 79/0 ± 68/98 است. آنالیز شبکه حالت پایه نیز با روش کرنل و پیرسون انجام می شود که در آن، روش کرنل تفاوت آماری معنی دار بیشتری نشان می دهد. شایان ذکر است نواحی آنگولار راست و چپ که جزیی از شبکه حالت پایه هستند، با هیچ کدام از دو روش تمایزی نشان نمی دهند و می توان نتیجه گرفت بیماری آلزایمر بر ارتباط عملکردی این نواحی تاثیر چندانی ندارد.