静息状态脑活动及其脑功能成像.pdf

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1、&&#"!第!"卷!第!#期!$##"年!#月静息状态脑活动及其脑功能成像赵小虎&$!!&"!王培军!唐孝威&3浙江大学物理系交叉学科实验室!杭州D&""!L*!3同济大学附属同济医院!上海!"""#$摘要!!目前应用无创性磁共振功能成像技术的脑功能成像研究常把无任务的静息状态作为对照$特定的脑功能区活动是任务状态脑活动与对照状态相减所得3但是近年来研究发现$所谓静息状态时大脑也存在功能活动3显然这种脑活动将会影响与目的任务相关的脑功能成像结果以及对这种结果的解释3因此理解静息状态脑活动及其生理意义$对解释脑功能成像的结果以及全面了解大脑功能具有重要意义3文中就静态脑活动的研究背景%

2、存在证据%活动特点%生理意义及其功能成像研究进展做简要评述3关键词!!静态脑活动!血氧水平依赖性!负激活!氧吸收分数!脑功能成像!!基于血氧水平依赖性"GU@d$效应的无创性磁GU@d效应是GU@d+=MWS成像的基础3GU@d共振功能成像"简称=MWS$技术已广泛应用于活体效应!是指由血氧水平依赖性使磁共振信号发生(&+’)改变的效应3其生理学基础是#大脑活动时神经人脑功能的研究3应用这种技术!在认知科学%精神疾病以及脑损伤等领域的研究取得了重要进兴奋增高!伴随着局部脑血流的血液动力学改变展3近年来研究发现!大脑在没有任务的清醒%静"局部血液的流量%流速及容量增加$!引起局部息状态

3、时也存在功能活动!这一现象引起了研究者脑组织血氧含量相对增高3但是血氧供应的增加的极大兴趣3因为任务相关的=MWS脑功能成像研与氧消耗并不成比例!氧供应远远超过了脑组织究大多以无任务的静息状态作为对照进行成像!所对氧的消耗利用3氧过剩的结果是微血管中氧合定义的脑功能活动是任务状态与无任务的静息状态血红蛋白相对增多!脱氧血红蛋白含量相对下降3相减所得3显然作为对照的静息期如果存在大脑活脱氧血红蛋白为顺磁性物质!含量增多的直接作动!将会影响与目的任务相关的脑功能成像结果以用是使局部组织受激发后失相位速度加快!P!"及对这种结果的解释3因此理解=MWS脑功能成像弛豫时间缩短!P!"加权像信

4、号减低3若脱氧血研究中作为对照的静息状态脑活动特点及其生理意红蛋白减少时!使局部组织受激发后失相位速度义对解释脑功能成像的结果以及全面了解大脑功能减慢!P!"弛豫时间延长!P!"加权像信号增高!具有重要意义3本文就静态脑活动的研究背景%存因此这时进行成像即可得到相关的脑功能激活成在证据%活动特点%生理意义及其功能成像研究进像图3GU@d效应直接反映的是脑神经活动引起展作简要评述!供从事相关领域的研究者参考3的局部血流和代谢改变!但是德国科学家@:?:92%(#)49,<等的研究成果显示!GU@d信号与神经突触活动产生的局部场电位变化"-:5+-=,4-7/:9419,+-<$’!任务

5、相关<3=>及其负激活最为相关3这说明GU@d信号本质上反应了神经’)’!?@AB信号的生理基础与神经活动本质突触的活动3($)&(("年美国贝尔实验室的U?+a+等发现的!!""$%"’%!#收稿!!""$%"$%!!收修改稿!"通讯作者!)%*+,-#9+1?Za!Q.63476351!第!"卷!第!#期!$##"年!#月&&#&(!")’)(!任务相关<3=>脑激活及其负激活些现象是血液分流的观点所不能解释的3脑活动相关的=MWS信号是通过数学计算与统另外一种解释则基于大脑的生理与功能意义3计推断获得的3最常用的方法是模型驱动"*:74-%这种观点认为激活脑区与负激活脑区共同组

6、成了一(L)7>,b41$数据分析方法!如国际上常用的采用线个神经网络!负激活脑区在该网络中可能起到对某(&&)性模型或者广义线性模型的8IM"<9+9,<9,5+-/+>+%些信息的&闸控’"?+9,1?$或抑制作用!即过滤(X!()*49>,5*+//,1?$等3此类方法多采取两种不同掉那些无意义的输入信息!更有利于大脑对有用信状态"任务与静息$间脑区活动的=MWS信号差值确息的处理!但是具体的机制并不清楚3定激活区域!表征激活强度的大小3通常所定义的这两种观点对负激活现象的解释均有缺陷3根脑激活信号即为任务减去对照数据所得信号!它反据现有的实验结果!前一种观点基本可以否定3后映

7、了与任务相关的局部脑神经细胞活动3这类实验一种观点着重于说明其功能意义!但并没有对它产中!将无任务的静息状态人为定义为对照状态3但生的生理机制进行深入阐述3此外!有学者提出负(!&!!!)近年来研究者发现!将静息状态与任务反减!即静激活可能是某些抑制性神经元活动的结果3但息状态减去任务数据!也会有脑活动信号!这种现任何神经元的活动都需要消耗能量!局部脑组织的象称为负激活3大量研究发现!负激活存在两种现血流及血氧供应都会增加!所以该观点仍不能解释(&"+&’