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    发表日期:2013年2月19日 编辑:shphao 有2623位读者读过此文 【字体:
静息状态的功能磁共振研究功能连接的研究历史

早在基于任务的功能磁共振研究脑功能定位刚兴起时,Biswal 等人就在1995 年首次研究了静息状态时人脑功能磁共振 BOLD 信号变化的规律。静息状态是与任务状态相对而言,这里指的是人静卧于磁共振机器内,不进行任何任务或接受额外刺激,保持安静、思维放空,但又不睡着。Biswal 等人发现,使用手动任务激活确定的脑皮层运动区,在静息状态时其 BOLD 信号的自发振荡左、右双侧具有同步性、即时间上的相关性,提示双侧脑皮层运动区具有功能上的连接性,而且他们还发现这种连接性主要体现在 BOLD 信号自发振荡的低频区间(低于 0.1Hz),与其他频率区间的一些噪声信号不完全相关。

虽然这一发现早期并未引起学术界广泛的关注,但在之后的 5 年时间,BiswalLoweXiongCordes 等少数学者使用类似的模式,对这一现象进行了进一步深入的研究,逐步完善了实验设计,并通过大量实验数据进一步确证了这一现象的可靠性。这些学者的研究较一致地发现,人脑内已经确认的众多特异功能脑区,包括感觉运动区、视觉区、听觉区、语言区、杏仁核等,在静息状态其 BOLD 信号的自发振荡左、右双侧都具有同步性、即时间上的相关性,这是其功能连接的表现。而且这种功能连接上的时间相关性,主要体现在 BOLD信号自发振荡的低频区间即 0.01-0.1Hz,低频信号对功能连接相关性的贡献大于 90%,而呼吸、心率对功能连接相关性的贡献小于 10%,正常人呼吸的频率范围为 0.1-0.5Hz,心跳频率范围为 0.6-1.3Hz。早期的静息态脑功能磁共振研究主要使用较短的 TR400-500ms)采集图像数据,以达到尽量避免呼吸、心跳等高频噪声影响的目的。但由于磁共振机器本身硬件条件的限制,短 TR 的扫描无法覆盖整个大脑,一次只能扫描 5-10层,层厚也较大为 8-15 毫米,空间分辨率不高,所以其研究应用尚不很广泛在 2001 年之后,随着对静息态 BOLD 信号自发振荡特性的了解进一步深入,静息态脑功能磁共振的研究方法有了进展,众多学者开始使用 2 秒长 TR 扫描结合低频滤波的数据分析技术进行实验研究。这样的模式既可以使成像范围覆盖全脑,达到 20-30 层、3-6 毫米的层厚,发挥了磁共振高空间分辨率的优势,又可以从数据水平规避大部分呼吸、心跳等噪声对信号成份的影响。特别是在2003-2006 年间,使用 2 秒长 TR 进行静息态脑功能磁共振成像,美国斯坦福大学的 Greicius 和华盛顿大学的 Fox 等学者在《PNAS》上发表的关于默认网络(Default mode network)的研究,引起了学术界广泛的关注和浓厚的兴趣。如此一来,静息态脑功能磁共振研究的应用,因为其客观性和便捷性,逐渐广泛起来,至今已成为脑功能磁共振研究的热点技术。

相对于基于任务的功能磁共振研究脑功能定位,静息态脑功能磁共振研究主要侧重研究不同脑区间的功能连接。所谓“功能连接”,在神经科学上是指空间上远离的神经生理事件在时间上有依存关系,具体到脑功能成像就是指解剖上分离的脑区之间发生神经活动时具有同步性。这种“功能连接”反映了不同脑区之间功能上的交通和信息上的交流,体现了整体脑功能网络的整合性和联通性。在现代神经科学中,复杂的大脑被认为是一个有效而精确的网络,其中有大量的不同脑区执行和行使不同的任务和功能,但他们之间并不是各自独立和封闭的,而是不断的在交流和分享神经信息。静息态脑功能磁共振研究为探索大脑这一复杂的网络系统,提供了有利的武器和大量的信息。


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