脑功能磁共振信号分析技术及应用研究进展

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1、东南大学学报（医学版）２０１５，Ａｐｒ；３4（２）：３２０－３２4・３２０・ＪＳｏｕｔhｅａｓｔＵｎｉｖ（MｅｄＳｃｉＥｄｉ）・综述・脑功能磁共振信号分析技术及应用研究进展张洪英，吴晶涛（江苏省苏北人民医院医学影像科，江苏扬州２２５００１）［摘要］功能磁共振成像技术（ｆMＲI）是一项非常重要的无创性脑研究工具，其信号分析技术的进展会促进ｆMＲI在临床的应用，本综述对静息状态脑功能磁共振成像的信号分析技术现状及应用进展进行总结和评论。基于脑局部自身的信号性质的分析方法有局部一致性分析、振幅分析，基于描述全脑各脑区间

2、的功能关系的分析方法主要有５种：基于种子区的功能连接、独立成分分析、聚类分析、模式识别、图论。本综述对这些方法的优缺点及应用价值做了归纳、总结，提示ｆMＲI的技术发展对脑科学研究有重要意义。［中图分类号］Ｒ44５.２［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７１－６２６4（２０１５）０２－０３２０－０５ｄｏｉ：１０.３９６９／ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１－６２６4.２０１５.０２.０３６脑功能磁共振（ｆMＲI）是指用血氧饱和度检测用光遗传学ｆMＲI则实现了对经过荧光染色的大鼠的（ＢＯLＤ）的磁共振方法对脑组织的活动状态记录成像个

3、体脑细胞的活动记录，他们发现１～１０Hｚ电流刺激的无创性技术。１９９０年Ｏｇａｖａｄ等首次报道了血氧水大鼠前爪记录到神经元和胶质细胞的快速钙通道蛋白［１］平依赖的ｆMＲI检测技术。二十多年来，利用这项活动及其与ＢＯLＤ信号的适应性反应，并证明了胶质［６］技术在从动物到人类、从宏观脑区到微观细胞甚至基细胞激活对ＢＯLＤ信号的促进作用。因水平、从基础机制探索到临床应用等方面研究者们ＦMＲI研究表明，低频ＢＯLＤ信号是哺乳动物脑的已经做了大量工作。本综述对脑ｆMＲI的分析技术现内在活动形式，通过检测低频ＢＯLＤ信号可以

4、在灵长状及应用进展进行总结和评论。类动物甚至啮齿类脑内发现类似于人类的默认网络及［７－８］注意网络等网络结构。动物ｆMＲI的研究已经拓１fＭＲＩＢＯＬＤ信号机制研究展到对人类的疾病模型研究，有助于揭示人类神经精动物ｆMＲI研究可以实现由于伦理因素在人体不神疾病的内在机制。例如用小动物ｆMＲI观察戊四唑［９］能进行的基础研究，首先为我们准确科学地理解ｆMＲI引起的鼠脑癫痫放电脑区的活动。深部脑刺激是ＢＯLＤ信号的生理学机制提供了实验依据。ｆMＲI目前治疗帕金森病的有效方法，但其治疗机制还不清楚，可以对灵长类、鼠类、

5、鱼类、鸟类等的脑部实施检Mｉｎ等利用猪模型，发现丘脑底核电刺激引起同侧感［１－4］查。目前认为ｆMＲI通过探测血流血氧水平动态觉运动皮层的ＢＯLＤ信号增强，同时还引起非运动网变化来间接反映神经活动，而神经活动依赖的是生物络的ｆMＲI信号增强，认为深部电刺激不但对感觉运动［１０］电信号，所以对ＢＯLＤ信号的详细来源和解释有很多功能而且还对情感认知功能有促进作用。争议，特别是对具体脑区的ＢＯLＤ信号与局部的神经２fＭＲＩ信号分析技术元兴奋的关系尚没有直接的实验证据，以往的实验通过相关性分析来证明。收益于实验技术的进展

6、，这个脑ｆMＲI最初的研究方式是任务刺激模式，任务类问题直到近来Lｅｅ等进行的光遗传学ｆMＲI实验才获型常用组块设计和事件相关设计，基于任务刺激的实得突破，该作者发表在Ｎａｔｕｒｅ上的成果揭示利用光遗验一般都使用广义线性模型（Ｇｅｎｅｒａｌｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌ，传学ｆMＲI直接观察到局部由钙调节素依赖的蛋白激ＧLM）计算刺激或控制变量的效应，检测相应于刺激［５］酶Ⅱ活化引起的正性血流动力学反应。Ｓｃhｕｌｚ等采的大脑激活区。任务刺激模式的ｆMＲI对理解和探索［收稿日期］２０１4－０６－１4［修回日期］２０１4－

7、１２－１９［作者简介］张洪英（１９６８），男，河北冀州人，主任医师，医学博士。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚhｙｉｎｇ１１＠ａｌｉｙｕｎ.ｃｏｍ［引文格式］张洪英，吴晶涛.脑功能磁共振信号分析技术及应用研究进展［Ｊ］.东南大学学报：医学版，２０１５，３4（２）：３２０－３２4.张洪英，等.脑功能磁共振信号分析技术及应用研究进展・３２１・［１７］支撑特定任务的脑功能具有重要意义。１９９５年Ｂｉｓｗａｌ回归去除，这样提高了本方法的准确性。等发现了在静息状态由自发的同步的低频ＢＯLＤ信号独立成分分析（IＣＡ）：是近年来发展起来的一种

8、（０.０１～０.０８Hｚ）连接的运动脑区功能网络，但是这盲源性信号处理的新技术，用来从随机混合信号的多一重要发现的意义直到几年后才被研究者们逐渐认识维观测中提取具有统计独立性的成分。IＣＡ的应用涉到，从此开启了静息状态功能磁共振脑网络研究的时及多个领域，如生物医学、通讯、声呐、经济等。IＣＡ用［１１－１２］代。静息状态ｆMＲI扫描不要求受试者执行任何于ｆMＲI数据信号，可