静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究VIP免费

静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究•本文主要是总结了静息状态功能磁共振成像的主要研究成果,对静息状态脑功能网络的发现和发展、研究方法、各网络及其特点以及在临床方面的应用进行简单的介绍和分析摘要:•通过对fMRI信号低频涨落成分的同步性分析,可以得到大脑静息态任意脑区的功能连接和多套网络系统。其中“默认网络”的发现可能为人脑固有网络的研究提供新的思路。而静息态网络与解剖连接之间可能存在的对应,以及在神经精神疾病患者脑中性质和连接的异常改变,使其具有重要的研究和临床应用价值。引言：•大脑是人体最重要的器官，包含多达1011种的神经细胞。大脑中的神经细胞在非任务状态也存在协同活动,并保持着传统认为只有在执行任务时才出现的复杂网络系统,这种非任务状态目前被广泛地称为——静息状态。更具体地说,静息状态是指被试者保持清醒、不接收任何外部刺激或执行任何高级功能的状态。本文综述fMRI研究静息态下脑功能的基本原理和最新进展。概述：1.BOLD效应的由来2.静息态下BOLD信号的低频涨落3.BOLD信号低频涨落与神经细胞自发活动目前使用最广泛的fMRI方法是基于血氧水平依赖BOLD效应。•1.生物体血液中的氧主要以氧合血红蛋白的形式存在.氧合血红蛋白释放氧后形成的脱氧血红蛋白具有顺磁性,可在血管及周边组织中产生局部不均匀磁场.受该局部磁场不均匀性的影响,血管及周边组织中不同水分子的磁共振信号间会发生失相,脱氧血红蛋白含量越高,信号强度降低的幅度就越大;相反地,如果组织中脱氧血红蛋白的含量降低,组织的磁共振信号强度就会上升,这就是BOLD效应的由来。•2.而事实上,当神经细胞活动增强时,其能量消耗增加,并随即引发局部脑血流(rCBF)的上升,以补充能量代谢所需要的底物—葡萄糖和氧气.神经细胞活动时耗氧量的增加与其所引发的rCBF的增加并不成比例.实验结果表明:神经细胞激活时所导致的rCBF增加(氧供给量的增加)幅度往往要大于氧气消耗量的增加幅度由此,激活脑区最终表现为局部氧合水平升高,去氧血红蛋白浓度降低,在磁共振图像上呈现亮信号。•特别需要指出的是,BOLD2fMRI中所采集的信号并不直接反应神经细胞的活动而是度量由神经细胞活动所引发的脑区中脱氧血红蛋白浓度的改变.这种改变是局部脑血流,脑血容积(CBV)及氧代谢速率(CMRO2)变化共同作用的结果。2.静息态下BOLD信号的低频涨落1.传统的BOLD-fMRI研究主要关注由外部刺激或执行任务所致的神经活动所引发的血氧水平的改变,静息状态大多被选择作为任务状态的对照状态。2.事实上通过采集一系列静息状态脑的BOLD磁共振图像并提取某一有意义体素信号强度随时间的变化曲线,可以发现静息状态下脑的BOLD磁共振信号并不是一成不变的,而是随时间有所涨落。原始数据已进行时间/空间校正、平滑等预处理LFF<0.08HZ（已滤波）•1995年,Biswal(毕斯沃)等人首创性地提取了静息态BOLD信号中的低频成分(<0.1Hz,如图所示)并对其进行了分析.他们发现:人脑左右半球的感觉运动皮层的BOLD信号低频涨落(lowfrequencyfluctuations,LFF)存在显著的相关性。由此可以推测:大脑在静息状态下的功能活动并非是“噪声”般杂乱无章的,而是有其特定的规律和组织方式。3.BOLD信号低频涨落与神经细胞自发活动•有些研究者发现静息态下大脑中BOLD信号低频涨落与呼吸、心跳以及动脉血中二氧化碳分压(PaCO2)的节律性变化有关,从而认为这些信号变化可能由生理噪声引起.。•但是静息态脑功能研究关心的BOLD信号涨落的频率一般在0.1Hz或0.08Hz以下,而人类呼吸和心跳的频率分别约为0.1～0.5Hz和0.6～1.2Hz，定量分析了生理噪声对BOLD信号低频涨落的贡献,发现其大小不足10%。•静息态下大脑中BOLD信号的低频涨落主要反应了神经细胞的自发活动,而其在不同脑区中的同步性则显示了静息态下脑功能的连接模式。数据分析方法•1.生理噪声的消除•2.静息态功能连接的分析方法1.生理噪声的消除•1.从数据获取的角度，通过使用较高的采样频率来避免LFF信号与呼吸及心跳信号的混叠。•2.采集磁共振数据的过程中同时监测并记录心跳和呼吸信号,之后通过线性回归的方法将它们的贡献从BOLD信号的时间序列中去除。•3.使用独立成分分析(ICA)方法可以...