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特纳综合征患者的数学表现及磁共振成像思考
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  • 编辑:vicky
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  • 论文字数:33563
  • 论文编号:el2021112021364625194
  • 日期:2021-11-20
  • 来源:上海论文网

心理学论文哪里有?本研究主要基于计算能力,大脑的结构磁共振成像(sMRI)和静息态功能磁共振成像(rs—fMRI),以在染色体上存在遗传异常的三种核型的特纳综合征患者(单核型、嵌合型和其他核型)与正常对照组为对象,探讨特纳综合征患者与对照组的计算能力,全脑灰质体积以及静息状态下大脑神经元自主活动的差异。研究结果发现虽然特纳综合征患者的计算能力虽然低于对照组,但是差异并没有达到显著性水平。

1 绪论

1.1 计算障碍概述
发展性计算障碍(Developmental Dyscalculia,DD)是一种学习障碍,简称计算障碍,世界卫生组织(WHO, 2018)认为发展性数学学习障碍主要表现在学习与数学或算术有关的学术技能方面存在着严重和持续的困难,如数感、数字记忆、精确计算、流畅计算和精确数学推理等方面,而且这种困难不是由智力发展障碍、感知缺陷(视觉或听觉)、心理及认知神经障碍和缺乏教育引起的。国内学者对计算障碍做出以下定义:发展性计算障碍是指排除了智力落后和教育无能等因素的影响,  数字加工和计算能力的心理年龄与实际年龄间存在着明显的差异(张树东  &  董奇, 2004)。根据流行病学研究发现,目前患有计算障碍学生的比例大约在 5%~6%(Shalev,  2004;  张树东  &  董奇,  2004),这说明每个学校都有一部分学生深受数学学习的困扰。计算障碍发生的几率与性别无关,但是一种从幼儿时期持续到成年期的数学学习障碍,具有持久性(McCaskey et al., 2018),计算障碍发生的原因可以归结于基因与环境因素(Alarcón  et  al.,  1997; Baron-Cohen et al., 2014; Shalev et al., 2001; Tosto et al., 2014)。一项对数感是否受遗传因素影响的大规模调查发现,遗传因素可以解释个体之间基础数字理解能力的差异的 32%(Tosto et al., 2014)。
计算障碍儿童的数学学习困难具体表现在以下几个方面:(1)数量加工:对非符号数量的估计和比较感到困难,数感能力低下;(2)计算:不能将数字与客体一一对应,无法理解计算顺序的无序性;(3)转换:单词、数字与数量之间不能很好地进行转换;(4)空间数字表征:不能很好地完成数字线任务和空间数字表征;(5)算术:不成熟和低效率的计算过程,比如说数手指;(6)算术事实知识:无法建立和检索数学事实;(7)程序知识:在书面计算时,对运算符号的错误使用(Kucian, 2016)。

表 1.  所有被试的年龄分布
表 1.  所有被试的年龄分布

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3 研究一 特纳组与正常对照组的计算能力差异研究

3.1  研究对象
本研究共包含了 74 名被试,其中从中日友好医院和北京协和医院收集了 58名特纳综合征(TS)患者,所有特纳综合征患者均为女性,年龄范围在 9-18 岁。使用标准的外周血细胞遗传学核型评估来确诊特纳综合征患者。健康对照组为16 名女性,年龄范围在 11-17 岁,通过当地社区和家长群进行招募。在特纳综合征患者组中,其中 22 例为单核型 45XO(Non-mosaic);20 例患者为嵌合型(Mosaic),16 例患者为除了单核型和嵌合型之外的其他核型(Other)。对所有被试进行病史筛查,以确保当前或过去都没有重大神经或精神疾病,所有被试均为右利手,此外,磁共振图像上没有可见的异常。对所有被试在进行磁共振扫描的前后两天时间内完成行为数据的收集。每位参与者参加本研究的差旅费和住宿费均已报销。该研究方案得到了北京师范大学研究伦理委员会的批准。对于每个参与者,从其法定监护人处获得了知情的书面同意。以上数据均来自于本人在2019 年在北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室访问学习所在的课题组。
本研究共包含四组被试,其中三组为特纳组,分别是单核型组、嵌合型组和其他核型组,第四组为对照组,尽可能地匹配被试的年龄和人数,以减少由被试因素的误差。
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5 研究三 基于静息态 fM RI 研究特纳组与正常对照组的大脑自发活动下神经元活动的差异

5.1  研究对象
在研究一的 74 名被试中共收集到 72 名被试的磁共振扫描图像,按照 Mean FD  Jenkinson 标准排除头动较大的被试,共剔除了 4 名被试,最后 68 名被试纳入磁共振成像图像结果分析。特纳综合征患者共有 52 人,其中单核型 21 人,嵌合型 18 人,其他核型 13 人,正常对照组 16 人。 

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5.2  静息态磁共振成像数据收集
在 MRI 扫描过程中,告知被试全程保持放松,闭上眼睛保持静止的转态,同时要保持清醒,不要进行任何的思考行为,在扫描过程中,没有被试睡着。使用平面回波成像(echo-planar  imaging,  EPI)序列轴向采集数据静息态数据,所有被试的全脑成像的横断面图像均是 33 层,具体参数如下:repetition time (TR): 2000ms; echo time (TE): 30ms; flip angle: 90°; slice thickness: 3.5mm; gap: 0.7 mm; acquisition matrix: 64 × 64; 3.1 × 3.1 mm in-plane resolution;  共有 200 个时间点的图像。 
首先对静息态数据进行预处理,预处理工具是基于 MATLAB 和 SPM 运行的国内学者严超赣团队研发的 Data  Processing  Assistant  for  Resting-State  fMRI(DPARSF)静息态数据处理软件(Yan et al., 2016)。具体步骤如下:(1)去除时间点(Remove First 10 Time Points),考虑到 T1 的平衡效应以及被试在扫描过程中的适应性,去除所有被试的前 10 个时间点图像。(2)时间层校正(Slice Timing):由于磁共振的扫描方式是隔层扫描,因此对剩下的影像进行时间层矫正将它们矫正到同一时间点。(3)头动矫正(Realign):由于被试在扫描过程中容易头动,因此需要对所有被试的头动进行矫正,头动较大的被试将按照 mean FD Jenkinson 标准(Jenkinson et al., 2002)被排除在外。(4)调整功能像和结构像(Reorient Fun and Reorient T1):这里需要手动对所有被试一个个地手动检查和调整歪了的功能像和结构像进行调整,使之图像在后续的配准、分割和标准化过程中的精确度更高。(5)去除结构像的脖子和头皮(Crop T1 and Bet):去除脖子和头皮结构,可以减少配准时额外的无关变量,增加配准的准确度。
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6 全文总结、不足及展望

6.1 总讨论
本研究主要基于计算能力,大脑的结构磁共振成像(sMRI)和静息态功能磁共振成像(rs—fMRI),以在染色体上存在遗传异常的三种核型的特纳综合征患者(单核型、嵌合型和其他核型)与正常对照组为对象,探讨特纳综合征患者与对照组的计算能力,全脑灰质体积以及静息状态下大脑神经元自主活动的差异。研究结果发现虽然特纳综合征患者的计算能力虽然低于对照组,但是差异并没有达到显著性水平。有可能是由于本研究中所采用的三个数学任务:数字大小比较、数量比较和简单减法都相对简单,不能检查出她们计算能力的差异。还有就是本研究只计算了这三个数学任务的得分,并没有将答题的反应时纳入分析,可能特纳综合征患者在计算时所采用的策略与对照组不同,她们所需要的反应时也不一致。
在控制了全脑体积之后,单核型和嵌合型特纳综合征患者分别在左侧顶下叶和右侧顶上回发现与对照组的灰质体积存在差异,对这两个脑区进行感兴趣区域分析结果发现,单核型和嵌合型特纳综合征患者在这两个脑区都与对照组的灰质体积存在显著性差异,顶叶被认为数字加工过程中的关键脑区(Dehaene  et  al., 2003),因此这两个脑区的灰质体积减少是导致特纳综合征患者计算能力偏低的神经机制之一。
其他核型的特纳综合征患者不管是在顶叶还是枕叶都与对照组的灰质体积差异不显著,这可能是由于染色体核型不同导致的,因为由于 X 染色体上的不同结构缺陷或镶嵌现象,患有特纳综合征的女性在生理、心理和认知能力有很大差异(Bharath et al., 2010)。一般来说,  X 染色体上的小缺失或镶嵌可能表现出来染色体特征不明显,而大缺失、关键区域缺失或非镶嵌核型可能会出现明显的染色体特征,因此,大多数典型特纳综合征表型往往会出现在 45,XO 染色体核型,即单核型。
除此之外,单核型特纳综合征患者左侧颞中回,右侧颞上回,嵌合型特纳综合征双侧颞上回,其他核型特纳综合征右侧颞上回的灰质体积较对照组显著增加。单核型特纳综合征患者在双侧颞下回,嵌合型特纳综合征患者在左侧颞上叶,其他核型特纳综合征患者在颞下回、颞中回较对照组的 ALFF 值增加。嵌合型特纳综合征患者在双侧颞下回、颞中回,其他核型特纳综合征患者在颞下回较对照组的 ReHo 值增加。先前有研究表明,特纳综合征患者的颞上回的灰质体积并不会像正常人随着年龄的增长而减少,这说明特纳综合征患者的遗传或者激素破坏了这一脑区的正常发展轨迹,致使这一脑区异于正常人(Kesler et al., 2003)。而且颞叶的灰质体积增加以及静息状态下的大脑神经元活动增强说明特纳综合征患者可能利用言语通道来补偿非语言加工所需要的认知能力。
参考文献(略)

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