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1、波谱学杂志第27卷第3期Vol.27No.32010年9月ChineseJournalofMagneticResonanceSep.2010文章编号:100024556(2010)032326215静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究1,211*杨丽琴,林富春,雷皓[1.波谱与原子分子物理国家重点实验室,武汉磁共振中心(中国科学院武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;2.中国科学院研究生院,北京100049]摘要:静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究近年来取得了迅猛发展.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
2、多套网络系统,其中/默认网络0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.该文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.关键词:功能磁共振成像(fMRI);功能连接;静息态中图分类号:R445.2文献标识码:A引言大脑是人体最重要的器官,包含多达1011的神经细胞.正常状态下,大脑消耗的能量约占人体总能耗的20%.然而,大脑在执行任务时所
3、导致的能量消耗的增加是甚微[1]的,更多的能量消耗被用于维持非任务状态的神经活动.最新的研究表明,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(restingstate).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.近年来,人们越来越重视静息态下的脑功能研究,主要研究手段包括:功能磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、扩散光学成收稿日期:2010207216作者简介:杨丽琴
4、(19852),女,山西孝义人,博士研究生,从事磁共振成像的研究,E2mail:mozi001_ren@sina.com.cn.*通讯联系人:雷皓,电话:027287198542,E2mail:leihao@wipm.ac.cn.第3期杨丽琴等:静息状态下脑功能连接的磁共振成像研究327像(DOT)等.其中fMRI作为一种非损伤性的脑成像技术在静息状态脑功能研究中发挥了不可替代的作用.本文综述fMRI研究静息态下脑功能的基本原理和最新进展.1概述1.1BOLD2fMRI目前使用最广泛的fMRI方法是基于血氧水平依赖(blood2oxygen2leveldepe
5、ndent,BOLD)效应.生物体血液中的氧主要以与血红蛋白结合(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散相(dephasing),造成所观测到的宏观磁共振信号强度的降低,且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[2]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.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,
6、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[3]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去氧血红蛋白浓度的改变.这种改变是局部脑[1]血流,脑血容积(CBV)及氧代谢速率(CMRO2)变化共同作用的结果.BOLD信号的变[4]化与其
7、他功能成像信号改变之间既有相关而又有所区别.深刻理解其成像原理及信号来源,对于实验结果的理解,以及不同实验技术所得数据的分析至关重要.1.2静息态下BOLD信号的低频涨落传统的BOLD2fMRI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.其实验范式通常是通过不同任务和对比状态的设计,采集大脑在接收特定刺激或执行相关任务期间的磁共振图像;将图像经过一定的预处理后,用统计方法比较被试者在任务与对照状态时或不同任务间各脑区磁共振信号强度的不同;最后将那些在统计学意义上有显著信号强度改变的区域定位于解剖结构,并最终获得可视化的激活图像.在此类
8、研究中,静息状态大多被选择作为任务状态
