بررسی ارتباطات عمل‌کردی غیرخطی با استفاده از نظریه‌ی گراف و داده‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عمل‌کردی حالت استراحت در بیماری آلزایمر

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی علوم و فناوری‌های پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده‌ی مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

doi
10.22041/ijbme.2020.128322.1598
چکیده

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 بر پایه‌ی سری­های زمانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عمل‌کردی معمولا با استفاده از محاسبه‌ی ضریب همبستگی پیرسون بین نواحی مختلف مغز انجام می­شود. از آن‌جا که همبستگی پیرسون ارتباطات خطی را آشکار ساخته و در مورد همبستگی­های غیرخطی محدودیت دارد، در این تحقیق با استفاده از روش کرنل ارتباطات عمل‌کردی غیرخطی در داده­های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عمل‌کردی بیماران آلزایمر مورد ارزیابی قرار گرفته است. روش کرنل با افزایش بعد فضا و انجام محاسبات در فضای جدید که معادل رابطه‌ی غیرخطی در فضای اولیه است، امکان ارزیابی ارتباطات عمل‌کردی غیرخطی را فراهم می­سازد. برای ساخت گراف­های وزن­دار بدون جهت از توابع کرنل مختلف با پارامترهای گوناگون استفاده شده، سپس ویژگی­های سراسری گراف از جمله درجه، قدرت، طول مسیر مشخصه، ماژولاریتی، جهان کوچک و بهره­وری محاسبه شده و آنالیز آماری غیرپارامتری جایگشتی انجام می­شود. نتایج آنالیز آماری نشان می­دهد که همبستگی به دست آمده از روش کرنل در مقایسه با همبستگی پیرسون تمایز بیش‌تری بین گروه بیمار و کنترل ایجاد کرده که می­تواند به دلیل وجود ارتباطاتی غیرخطی باشد که روش پیرسون قادر به آشکارسازی آن­ها نیست. هم‌چنین در بین توابع کرنل مختلف بیش‌ترین تمایز آماری هنگام استفاده از کرنل چندجمله­ای درجه‌ی سوم حاصل شده است. به منظور حصول اطمینان، از طبقه­بند ماشین بردار پشتیبان با کرنل­های مختلف نیز استفاده شده که بیش‌ترین صحت طبقه‌بندی برابر با 79/0±68/98% به دست آمده است. آنالیز شبکه‌ی حالت پایه نیز با روش کرنل و پیرسون انجام شده که در آن روش کرنل تفاوت آماری معنی­دار بیش‌تری نشان داده است. شایان ذکر است که نواحی آنگولار راست و چپ که جزئی از شبکه‌ی حالت پایه هستند با هیچ کدام از دو روش تمایزی نشان نداده و می­توان نتیجه گرفت که بیماری آلزایمر بر ارتباط عمل‌کردی این نواحی تاثیر چندانی ندارد.