Name: application of granger causality analysis of the directed functional connection in alzheimer's disease and mild cognitive impairment
Uploaded: 2017-08-07T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Application of Granger Causality Analysis of the Directed Functional Connection in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment at JoVE.com

Авторы благодарят Gongjun JI для поддержки программного обеспечения компьютеров. Это исследование было частично поддерживается Фонд национального естественных наук Китая (№ 81201156, 81271517); Чжэцзян провинции естественных наук фонд Китая (no. LY16H180007, LY13H180016, 2013C33G1360236) и научный фонд здравоохранения Комиссии провинции Чжэцзян (№ 2013RCA001, 201522257).

This study was approved by the Ethics Committee of Zhejiang Provincial People&#39;s Hospital. Every enrolled subject signed a written informed consent.
1. Sample Classification and Screening
<ol>
	<li>Diagnose and divide 116 patients into AD and MCI groups. 
	NOTE: Use the 2011 National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke and the Alzheimer&#39;s Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA) diagnostic criteria and the Mini-Mental State Examination...

<ol>
	<li>Delbeuck, X., Van der Linden, M., Collette, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alzheimer's+disease+as+a+disconnection+syndrome?.">Alzheimer's disease as a disconnection syndrome?.</a> Neuropsychol Rev. 13 (2), 79-92 (2003).</li><li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+functional+connectivity+in+early+Alzheimer's+disease:+a+resting-state+fMRI+study.">Altered functional connectivity in early Alzheimer's disease: a resting-state fMRI study.</a> Hum Brain Mapp. 28 (10), 967-978 (2007).</li><li>Zhong, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+effective+connectivity+patterns+of+the+default+mode+network+in+Alzheimer's+disease:+an+fMRI+study.">Altered effective connectivity patterns of the default mode network in Alzheimer's disease: an fMRI study.</a> Neurosci Lett. 578, 171-175 (2014).</li><li>Gusnard, D. A., Raichle, M. E., Raichle, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Searching+for+a+baseline:+functional+imaging+and+the+resting+human+brain.">Searching for a baseline: functional imaging and the resting human brain.</a> Nat Rev Neurosci. 2 (10), 685-694 (2001).</li><li>Greicius, M. D., Krasnow, B., Reiss, A. L., Menon, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+in+the+resting+brain:+a+network+analysis+of+the+default+mode+hypothesis.">Functional connectivity in the resting brain: a network analysis of the default mode hypothesis.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (1), 253-258 (2003).</li><li>Ries, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-dependent+posterior+cingulate+activation+in+mild+cognitive+impairment.">Task-dependent posterior cingulate activation in mild cognitive impairment.</a> NeuroImage. 29 (2), 485-492 (2006).</li><li>Braak, H., Braak, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuropathological+stageing+of+Alzheimer-related+changes.">Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes.</a> Acta Neuropathol. 82 (4), 239-259 (1991).</li><li>Liao, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+the+effective+connectivity+of+resting+state+networks+using+conditional+Granger+causality.">Evaluating the effective connectivity of resting state networks using conditional Granger causality.</a> Biol Cybern. 102 (1), 57-69 (2010).</li><li>Miao, X., Wu, X., Li, R., Chen, K., Yao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+connectivity+pattern+of+hubs+in+default-mode+network+with+Alzheimer's+disease:+an+Granger+causality+modeling+approach.">Altered connectivity pattern of hubs in default-mode network with Alzheimer's disease: an Granger causality modeling approach.</a> PloS one. 6 (10), e25546 (2011).</li><li>Yu, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+functional+connectivity+of+posterior+cingulate+cortex+and+whole+brain+in+Alzheimer's+disease+and+mild+cognitive+impairment.">Directed functional connectivity of posterior cingulate cortex and whole brain in Alzheimer's disease and mild cognitive impairment.</a> Curr Alzheimer Res. , (2016).</li><li>Kaminski, M., Ding, M., Truccolo, W. A., Bressler, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+causal+relations+in+neural+systems:+granger+causality,+directed+transfer+function+and+statistical+assessment+of+significance.">Evaluating causal relations in neural systems: granger causality, directed transfer function and statistical assessment of significance.</a> Biol Cybern. 85 (2), 145-157 (2001).</li><li>Zang, Z. X., Yan, C. G., Dong, Z. Y., Huang, J., Zang, Y. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Granger+causality+analysis+implementation+on+MATLAB:+a+graphic+user+interface+toolkit+for+fMRI+data+processing.">Granger causality analysis implementation on MATLAB: a graphic user interface toolkit for fMRI data processing.</a> J Neurosci Methods. 203 (2), 418-426 (2012).</li><li>Hedden, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+functional+connectivity+in+clinically+normal+older+adults+harboring+amyloid+burden.">Disruption of functional connectivity in clinically normal older adults harboring amyloid burden.</a> J Neurosci. 29 (40), 12686-12694 (2009).</li><li>Liao, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-world+directed+networks+in+the+human+brain:+multivariate+Granger+causality+analysis+of+resting-state+fMRI.">Small-world directed networks in the human brain: multivariate Granger causality analysis of resting-state fMRI.</a> NeuroImage. 54 (4), 2683-2694 (2011).</li><li>Liao, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+the+effective+connectivity+of+resting+state+networks+using+conditional+Granger+causality.">Evaluating the effective connectivity of resting state networks using conditional Granger causality.</a> Biol Cybern. 102 (1), 57-69 (2010).</li><li>Zhang, H. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+PCC+functional+connectivity+characteristics+in+resting-state+fMRI+in+mild+Alzheimer's+disease.">Detection of PCC functional connectivity characteristics in resting-state fMRI in mild Alzheimer's disease.</a> Behav Brain Res. 197 (1), 103-108 (2009).</li><li>Deshpande, G., Hu, X., Stilla, R., Sathian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+connectivity+during+haptic+perception:+a+study+using+Granger+causality+analysis+of+functional+magnetic+resonance+imaging+data.">Effective connectivity during haptic perception: a study using Granger causality analysis of functional magnetic resonance imaging data.</a> NeuroImage. 40 (4), 1807-1814 (2008).</li><li>Bressler, S. L., Seth, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wiener-Granger+causality:+a+well+established+methodology.">Wiener-Granger causality: a well established methodology.</a> NeuroImage. 58 (2), 323-329 (2011).</li></ol>

Этот доклад представляет собой процесс для сравнения режиссер функциональные соединения в КЦП весь мозг и весь мозг КЦП между AD, MCI и управления группы. Кроме того ключевым этапом в этом процессе является классификация и отбора образца до эксперимента. Таким образом классификации и кри...

АД это дегенеративное заболевание центральной нервной системы, которая может быть диагностирована с помощью гистопатология, электрофизиологии и нейровизуализации1. Связанных с памятью НУМ является жизненно важной системы взаимодействующих областей мозга, связанные с AD, и аномальные функции характерно AD2,3. PCC является важным регионом по умолчанию традиционной сети в состоянии покоя и играет ключевую роль в эпизодических памяти, пространственной внимание, самооценки и других когнитивных функций4,5,6,7. Кроме того она может быть маркер изображений для мониторинга AD прогрессии. Используя вка, Ляо et al. обнаружил, что КПК является регионом несколько cytoarchitectonics с несколькими подключениями и играет важную роль в функциональных мозга структуры8. Чжун et al. сообщили, что центр конвергенции, который получил взаимодействия от большинства других регионов в течение НУМ3PCC. Кроме того Мяо et al. показали, что в регионах хаб НУМ, PCC имеет наибольшее причинной эффект отношения с другими узлами9. Вместе все, что это свидетельство показывает, что режиссер подключение PCC ценные исследования AD и PCC нуждается в дальнейшем изучить обстоятельно как жизненно важного региона НУМ.
Предыдущие исследования были ограничены соединения между КПК и других регионов в НУМ; Однако изменения направлены функциональные связи между регионами КЦП и мозг за пределами НУМ, а также их влияние на объявление пока не изучены10. Наше исследование дополнительно изучить этот неисследованных функциональные связи в нормальных здоровых элементов управления, с MCI и пациентам с AD. Наблюдая режиссер подключения между КПК и весь мозг регионами, мы стремились выяснить функциональные изменения в головном мозге, относящиеся к AD прогрессии и тем самым создать роман объективной основы для оценки тяжести заболевания.
Функциональные связи относится к межрегионального взаимодействия, который может быть представлен синхронных колебаниями низкой частоты (LFFs) в мозгового сигнала зависит от уровня крови кислорода (BOLD) МР-томографию. Таким образом для того чтобы наблюдать функциональной связи между КПК и других регионах мозга, мы проанализировали функциональной связи между КПК и весь мозг сети по МР-томографию с помощью вка, с PCC как региона интерес (ROI). Этот метод непосредственно вытекает фундаментальные отношения каждого узла, используя данные, полученные от нейровизуализации11. В последнее время GCA был применен к электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и МР-томографию исследования для выявления причинных эффектов среди регионов мозга12. Все эти исследования показали, что ВКА техника может быть оптимальным для выявления причинно-следственной связи каждого узла в головном мозге.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="909">
	<tbody>
		<tr height="120">
			<td height="120" style="height:120px;width:192px;">116 patients</td>
			<td style="width:169px;">Zhejiang Provincial People&#8217;s hospital</td>
			<td style="width:207px;">-</td>
			<td style="width:341px;">This study was approved by the ethics committee of Zhejiang Provincial People&#8217;s hospital. Every enrolled subject signed a written informed consent form.</td>
		</tr>
		<tr height="153">
			<td height="153" style="height:153px;width:192px;">Siemens Trio 3.0 T MRI scanner</td>
			<td style="width:169px;">Siemens, Erlangen, Germany</td>
			<td style="width:207px;">20571</td>
			<td style="width:341px;">Equipped with AudioComfort that reduces acoustic noise up to 90%; Provides high performance at a low noise level; Ultra light-weight coil; Unique MRI sequence design; Supports up to 400 pounds without restrictions.</td>
		</tr>
		<tr height="201">
			<td height="201" style="height:201px;width:192px;">RESTplus</td>
			<td style="width:169px;">Hangzhou Normal University,Hangzhou,Zhejiang,China</td>
			<td style="width:207px;">20160122</td>
			<td style="width:341px;">RESTplus evolved from REST (Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit), a convenient toolkit to calculate Functional Connectivity (FC), Regional Homogeneity(ReHo), Amplitude of Low-Frequency Fluctuation (ALFF), Fractional ALFF (fALFF), Gragner causality, degree centrality, voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) and perform statistical analysis.</td>
		</tr>
		<tr height="220">
			<td height="220" style="height:220px;width:192px;">DPARSF</td>
			<td style="width:169px;">Hangzhou Normal University,Hangzhou,Zhejiang,China</td>
			<td style="width:207px;">130615</td>
			<td style="width:341px;">Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF) is a convenient plug-in software within DPABI, which is based on SPM. You just need to arrange your DICOM files, and click a few buttons to set parameters, DPARSF will then give all the preprocessed data, functional connectivity, ReHo, ALFF/fALFF, degree centrality, voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) results.</td>
		</tr>
		<tr height="111">
			<td height="111" style="height:111px;width:192px;">SPSS</td>
			<td style="width:169px;">SPSS Inc., Chicago, IL, USA</td>
			<td style="width:207px;">-</td>
			<td style="width:341px;">SPSS offers detailed analysis options to look deeper into your data and spot trends that you might not have noticed.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of granger causality analysis of the directed functional connection in alzheimer's disease and mild cognitive impairment

Нарушением функциональной связи в сети по умолчанию режим (НУМ) могут быть вовлечены в прогрессирования болезни Альцгеймера (AD). Задней поясной коры (PCC) является потенциальным изображения маркера для мониторинга прогрессирование AD. Предыдущие исследования не нацелен на функциональные связи между КЦП и узлы в регионах за пределами НУМ, но наше исследование является попыткой изучить эти упускается из виду функциональных соединений. Для сбора данных, мы использовали функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) и анализ причинно-следственных связей Грейнджер (ГКА). МР-томографию предоставляет неинвазивный метод для изучения динамического взаимодействия между регионами различных мозга. ВКА — статистическая гипотеза тест для определения, полезен ли одноразовый серии прогнозирования другой. В простых терминах, он оценивается путем сравнения «Известные всю информацию на последний момент, распределения вероятностей X в это время» и «Известные всю информацию на последний момент, за исключением Y, распределения вероятностей X в настоящее время», чтобы определить, существует ли причинно-следственная связь между X и Y. Это определение основывается на источник полной информации и стационарные хронологическую последовательность. Основной шаг этого анализа заключается в использовании X и Y, чтобы установить уравнение регрессии и привлечь причинно-следственной связи, гипотетический теста. С ГКА можно измерить причинных эффектов, мы использовали его для изучения анизотропии функциональной связности и исследовать функцию концентратора PCC. Здесь мы проверку 116 участников для МРТ сканирование, и после предварительной обработки данных, полученных от нейровизуализации, мы использовали ГЦА вывести причинно-следственной связи каждого узла. Наконец мы пришли к выводу, что режиссер связи значительно отличаются между группами мягкий когнитивных нарушений (MCI) и AD, PCC весь мозг и весь мозг для КПК.

Demographic information
Table 1 presents the characteristics of the subjects. All the subjects had an education level of junior school or above. Age, gender, and education level were similar between the three groups (P &#62;0.05), while the MMSE scores were significantly different (p &#60;0.01).
Directed brain functional connectivity
<p...

Watch this Scientific Journal Video about Application of Granger Causality Analysis of the Directed Functional Connection in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment at JoVE.com

Application of Granger Causality Analysis of the Directed Functional Connection in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment

Применение анализа причинно-следственных связей Грейнджер режиссер функциональные связи в болезни Альцгеймера и умеренными когнитивными нарушениями

Основываясь на отдыха государство функционального магнитного резонанса с Грейнджер анализа причинно-следственных связей, мы исследовали изменения направлены функциональной связи между задней поясной коры и весь мозг пациентов с болезнью Альцгеймера (AD), пациентов с мягкий когнитивных нарушений (MCI) и здорового контроля.

Impaired functional connectivity in the Default Mode Network (DMN) may be involved in the progression of Alzheimer&#39;s Disease (AD). The Posterior ...

Research

JoVE Journal

Medicine

An Investigation of the Effects of Sports-related Concussion in Youth Using Functional Magnetic Resonance Imaging and the Head Impact Telemetry System

Исследование эффектов спорта связанных Сотрясение мозга в Молодежном Использование функциональной магнитно-резонансная томография и телеметрии на удар головы системы

One of the most commonly reported injuries in children who participate in sports is concussion or mild traumatic brain injury (mTBI)1. Children and youth ...

Examining the Characteristics of Episodic Memory using Event-related Potentials in Patients with Alzheimer's Disease

Рассматривая характеристики Эпизодическая память с помощью связанных с событиями потенциалов у пациентов с болезнью Альцгеймера

Our laboratory uses event-related EEG potentials (ERPs) to understand and support behavioral investigations of episodic memory in patients with amnestic ...

Isolation of Soluble and Insoluble PrP Oligomers in the Normal Human Brain

Выделение растворимых и нерастворимых олигомеров PrP в нормальном мозга человека

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform ...

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease

Использование первичных фибробластов человека для мониторинга митохондриальной фенотипы в области болезни Паркинсона

Parkinson's disease (PD) is the second most  common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is  the most important ...

Quantitative Analysis of Chromatin Proteomes in Disease

Количественный анализ хроматина протеомов в болезнь

In the nucleus reside the proteomes whose functions are most intimately linked with gene regulation. Adult mammalian cardiomyocyte nuclei are unique due ...

Collecting Saliva and Measuring Salivary Cortisol and Alpha-amylase in Frail Community Residing Older Adults via Family Caregivers

Salivary measures have emerged in bio-behavioral research  that are easy-to-collect, minimally invasive, and relatively inexpensive  biologic markers of ...

Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly

Поражение Explorer: Видео наведением, стандартизированный протокол для точной и надежной МРТ-производных Volumetrics при болезни Альцгеймера и Нормальная Пожилые

Obtaining in vivo human brain tissue volumetrics from MRI is often complicated by various technical and biological issues. These challenges are ...

Network Analysis of the Default Mode Network Using Functional Connectivity MRI in Temporal Lobe Epilepsy

Сеть Анализ стандартный режим сети с помощью функциональной связности МРТ в височной эпилепсии

Functional connectivity MRI (fcMRI) is an fMRI method that examines the connectivity of different brain areas based on the correlation of BOLD signal ...

Motor and Hippocampal Dependent Spatial Learning and Reference Memory Assessment in a Transgenic Rat Model of Alzheimer's Disease with Stroke

Мотор и гиппокампа зависимости пространственное обучение и оценка памяти Reference в трансгенной Rat модели болезни Альцгеймера с инсультом

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk ...

Quantitative 3D In Silico Modeling (q3DISM) of Cerebral Amyloid-beta Phagocytosis in Rodent Models of Alzheimer's Disease

Quantitative 3D In Silico Modeling q3DISM of Cerebral Amyloid-beta Phagocytosis in Rodent Models of Alzheimer's Disease

Количественный 3D<em&gt; В Silico</em&gt; Моделирование (q3DISM) церебрального бета-амилоида Фагоцитоз в моделях грызунов болезни Альцгеймера

Neuroinflammation is now recognized as a major etiological factor in neurodegenerative disease. Mononuclear phagocytes are innate immune cells responsible ...