原发性失眠患者奖赏网络关键核团在静息态fMRI功能连接的改变

目的:利用功能性磁共振成像(fMRI)技术观察原发性患者奖赏网络区域中脑腹侧被盖(Ventral ttegmental area,VTA)以及伏隔核(Nucleus accumbens,NAcc)脑功能连接的改变。方法:28例原发性失眠比较26例健康对照组脑功能成像的改变,并分析中脑腹侧被盖以及伏隔核功能连接的改变与失眠的情绪障碍障碍之间的关系。结果:比较原发性失眠患者对比健康对照组,VTA与NAcc全脑的功能连接均降低,与VTA-l功能连接增降低的脑区为双侧前扣带回、左侧眶额回,与VTA-r功能连接增降低的脑区为双侧前扣带回、左侧眶额回、右侧中央前回,与NAcc-l功能连接降低的脑区为双侧丘脑、辅助运动区,与NAcc-r功能连接降低的脑区为双侧丘脑、小脑。结论:睡眠障碍会显著降低奖赏网络中VTA与NAcc的功能连接,说明长期睡眠障碍可能影响在原发性失眠患者奖赏处理能力,导致失眠患者情感功能发生障碍。

基于fMRI探讨针刺治疗卒中后运动障碍的研究进展

脑卒中具有高发病率、高致残率的特点,运动功能障碍作为脑卒中患者的常见伴随症状,严重影响了患者的生活质量。本研究利用功能磁共振成像(fMRI)这种具有极高空间分辨率的评估手段,结合局部与全局的fMRI研究方法,综述近年来国内外相关研究进展,探讨卒中后运动障碍的脑功能变化,并对针刺促进卒中后运动障碍康复的中枢机制进行探索,以期为针刺治疗卒中后运动障碍提供理论依据。

基于fMRI低频振幅比率分析调神法针刺治疗早醒型失眠的中枢机制研究

目的:基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究调神法针刺治疗早醒型失眠的潜在中枢机制。方法:将48例早醒型失眠患者随机分为调神法针刺组(24例,脱落1例)和非穴位浅刺组(24例,脱落1例,剔除1例)。调神法针刺组予针刺百会、神庭、四神聪、本神、神门、内关和三阴交;非穴位浅刺组予非效穴旁开1寸浅刺治疗,非效穴取臂臑、手三里、阳池、外关、风市、伏兔和梁丘;两组均治疗4周,每周3次,比较两组患者针刺前后匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)及早醒评分、汉密尔顿抑郁量表(HAMD-17)评分及早醒评分和汉密尔顿焦虑量表(HAMA)评分,治疗前后进行rs-fMRI数据采集。观察两组患者针刺前后低频振幅比率(fALFF)的变化,fALFF值与量表进行相关性分析。结果:治疗后,调神法针刺组PSQI评分、PSQI早醒评分、HAMD评分、HAMD早醒评分和HAMA评分均较治疗前显著降低,差异具有统计学意义(P<0.01),且量表评分均显著低于非穴位浅刺组,差异具有统计学意义(P<0.05)。非穴位浅刺组HAMA评分较治疗前显著降低,差异具有统计学意义(P<0.01)。治疗后调神法针刺组较非穴位浅刺组fALFF值在左侧背外侧额上回(SFGd)升高、左侧小脑4_5区(CER4_5)降低,差异具有统计学意义(均GRF校正,体素水平P<0.01,团块水平P<0.01,双尾),左SFGd的fALFF值与PSQI评分(r=0.386)、PSQI早醒评分(r=0.330)和HAMD评分(r=0.358)呈显著正相关,差异具有统计学意义(P<0.05),左CER4_5的fALFF值与PSQI评分(r=0.374)、HAMD评分(r=0.483)呈显著负相关,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:调神法针刺可能通过调节早醒型失眠患者的局部脑功能强度,从而有效改善睡眠质量和早醒症状,缓解焦虑、抑郁情绪。

基于模式识别的高水平运动员RS-fMRI数据分类研究

为弥补传统的广义线性模型(generalized linear model,GLM)方法的不足,并探索模式识别在运动脑科学当中的应用价值。使用支持向量机(support vector machine,SVM)模式识别算法,以低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)和度中心度(degree centrality,DC)作为学习特征,对射击运动组和滑冰运动组(分类1)、射击运动组和对照组(分类2)以及速滑运动组和对照组(分类3)之间进行二分类,并计算每一个脑区在分类算法当中的权重。使用留一交叉验证法计算分类正确率,使用总的准确率、接受者操作特性曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)、以及预测准确率来衡量机器分类算法的优劣性。结果表明:分类1中SVM算法的正确率较高且分类效果更稳定,总的准确率(total accuracy,tACC)可以维持在96.67%以上,曲线下面积(area under curve,AUC)均为1,说明SVM算法对区分不同项目运动员脑静息态功能特征时更有优势;在分类2和分类3中,SVM算法效果取决于使用的指标。其中,使用fALFF或者综合使用三个静息态指标的分类效果较稳定(tACC均在80%以上,AUC均在0.88以上);小脑在分类1算法中占较多的权重,提示不同运动项目运动员的脑功能活动之间差异最明显的部位主要在小脑上。而分类2和3中,除了小脑,还有一些与运动执行和控制及其他功能活动相关的脑区参与了算法的构成。通过SVM分类算法的应用获得较为理想的结果,展示了模式识别方法在运动科学领域的应用价值。研究成果有助于体育科学研究者从新的角度更加全面地理解运动与脑的关系。

经颅磁电刺激治疗成人屈光参差性弱视的rs-fMRI机制研究

目的基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术探讨经颅磁电刺激(TMS)干预对成人屈光参差性弱视患者关键脑区异常功能状态及损害特征的调控作用。方法纳入20例单(左)眼成人屈光参差性弱视患者,随机分为手术组[行后房型人工晶体(ICL)植入术]和TMS结合组(在手术组基础上进行TMS治疗),每组10例。两组患者在治疗前后均采用国际标准视力表检查视力以评价疗效。同时,两组患者分别在治疗前、治疗后进行1次rs-fMRI检查,采用局部一致性(ReHo)、低频振幅(ALFF)、比率低频振幅(fALFF)3种算法对获取的rs-fMRI图像进行脑区功能状态及响应特征分析。结果与治疗前相比,治疗后两组患者的裸眼视力均显著提高,且显著高于治疗前矫正视力(均P<0.05);治疗后两组相比,TMS结合组裸眼视力改善程度优于手术组(P<0.05)。手术组、TMS结合组治疗前后ReHo、fALFF值均无差异;与治疗前相比,手术组治疗后同侧额叶ALFF值升高,TMS结合组治疗后同侧小脑ALFF值降低;与手术组相比,TMS结合组治疗后同侧额叶、额上回ReHo值降低,对侧颞叶、颞上回ALFF值降低,对侧枕叶、楔叶fALFF升高(均P<0.05)。结论手术组和TMS结合组成人屈光参差性弱视患者的脑区自发活动改善效果显著。ICL植入术可能通过激活同侧额叶发挥作用;ICL植入术结合TMS治疗可能通过改善小脑功能,提高对侧枕叶、楔叶的兴奋性,调节枕叶相邻皮质及其他视觉相关皮质(同侧额叶及对侧颞叶)的神经元功能活动,纠正患者两眼间的兴奋性差异而发挥作用。

立体曲率后效的多级适应机制的fMRI证据

【目的】开展功能性磁共振成像适应(fMRIa)实验,验证立体曲率后效的多级适应机制在人类大脑皮层的16个ROI上的表现。【方法】通过使用水平双目视差定义的随机点立体图作为视觉刺激,设计了6种适应条件以最大限度地分离出不同的适应源。通过测量适应期间和测试期间的BOLD信号变化来评估适应强度。【结果】ANOVA分析结果表示,皮层的背侧视路和腹外侧视路均表现出对形状属性的高级适应。此外,还发现在背侧视路的V7和IPS区存在对平均视差信息的适应,说明这些区域中的低阶视差计算用于精确编码3D形状的深度结构,而腹侧视路则用于形状分类。【结论】立体曲率后效确实是由多级适应所导致。本研究成果可在虚拟现实中立体场景构建时提供对用户体验的优化。

太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化:基于运动表象的fMRI研究

为了解太极拳技能学习早期大脑功能的动态变化特点,本研究共招募29名太极拳零基础被试(19名实验组被试,10名对照组被试),采用多时点纵向追踪设计,借助于功能磁共振成像技术,采集技能学习早期不同时点被试完成运动表象任务时的行为和脑功能数据。结果发现:(1)太极拳技能学习早期,技能水平表现出先慢后快的变化特征,运动表象质量也具有变好的趋势;(2)随着太极拳技能水平的提高,运动表象任务诱发的左侧颞上回和左侧楔前叶的激活显著增强,且同样表现出先慢后快的变化特征;(3)相关检验发现,左侧颞上回和左侧楔前叶的激活与运动表象质量以及太极拳技能水平具有中等程度的相关。研究表明,太极拳技能学习早期,左侧颞上回和左侧楔前叶会伴随着太极拳技能水平的提高而发生改变,太极拳技能学习有助于优化与序列动作学习有关的脑区功能。

基于BOLD-fMRI技术探讨针刺治疗失眠的研究展望

针刺治疗失眠被广泛应用于临床,通过针刺腧穴可以调节神经中枢代谢功能,但具体作用机制比较复杂。应用功能磁共振成像(fMRI)技术可以从影像学角度研究针刺治疗失眠的脑响应区,进而对其中枢机制进行剖析。分析基于fMRI针刺治疗失眠的相关文献,发现主要集中在静息态及任务态fMRI方面,即血氧水平依赖功能磁共振成像(bold-fMRI)脑激活区的研究。研究结果证实,认知、情绪调控相关脑区神经元被激活,达到治疗失眠的作用。本文对近些年代表性研究进行归纳总结,以期为后续针刺治疗失眠脑效应机制的探索提供参考。

fMRI揭示日中双语者的语义和读音加工脑机制

目前,双语者大脑加工机制的研究已经取得了一些成果,加工任务和双语语言字符类型的不同都会给结果带来一定的争论性,对正字法相似但语义和读音不同的双语者脑机制的研究仍需进一步探讨。实验首次使用多体素模式分析(MVPA)对15名日中双语者在日文汉字和中文汉字的词汇语义和读音任务下生成的功能磁共振成像(fMRI)数据进行分析,进而解码大脑加工机制。结果发现,在语义加工过程中,两种语言在额下回岛盖部(PO)、颞中回(MTG)、颞上回(STG)以及双侧角回(AG)具有显著的激活差异。在读音加工过程中,两种语言在左侧缘上回(SMG)的差异尤为显著,而在右侧STG则无明显差异。

针刺治疗缺血性脑卒中运动功能障碍康复BOLD-fMRI研究进展

缺血性脑卒中(ischemic stroke, IS)为我国首要致死致残疾病,70%患者并发运动功能障碍,针刺已成为一项早期重要辅助治疗手段。近年来,血氧水平依赖功能磁共振成像已成为研究针刺卒中的最常用方法。本研究从局部一致性、低频振幅等代表的局部功能传统体素分析和动态功能连接(dynamic functional connection, DFC)分析、图论分析等代表的复杂全脑网络分析研究成果比较入手,综述了针刺IS运动功能障碍研究从局部功能延伸至全脑功能分析,从体素研究向脑网络研究转化,并正在进一步向全脑整体网络研究深入的转变历程及利弊,进而提出目前该类研究已从基于单纯感觉运动网络(sensory motor network, SMN)映射的运动完成研究逐步过渡到基于默认网络(default mode network, DMN)映射的运动认知研究,但尚未完全普及。本综述为针刺IS运动功能障碍研究提供如灵活运用任务设计,围绕SMN及DMN双动态网络,采用DFC、图论等全脑网络分析针刺前后运动功能连接及属性变化等方法学指导及理论支持,从而更好地阐释针刺IS运动功能障碍康复机制并指导临床。

主观认知下降及轻度认知障碍患者默认网络的静息态fMRI研究

目的分析主观认知下降(SCD)和轻度认知障碍(MCI)默认网络(DMN)的异常改变,揭示其演变规律,以期为阿尔茨海默病(AD)的早期诊断提供影像学依据。方法纳入SCD患者35例,MCI患者88例,健康对照(HC)者32名。收集受试者的相关临床数据、神经心理学量表评估数据以及3D-T1WI及静息态血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD-fMRI)数据。以后扣带回(PCC)作为种子点,分析SCD、MCI的DMN功能连接变化。结果与HC组相比,SCD组双侧前扣带回(ACC)的功能连接降低,右侧额下回的功能连接增强;MCI组双侧海马及海马旁回、右侧额上回/左侧ACC、部分右侧颞中回/角回的功能连接降低,右侧中央前回、双侧岛叶/双侧额下回、右侧中扣带回/右腹侧ACC、右侧补充运动区、左侧小脑的功能连接增强。结论随着疾病的进展,MCI在SCD的DMN功能连接变化的基础上出现了更为广泛的功能连接异常,提示了SCD是介于MCI和正常老年人之间的中间阶段。

基于fMRI技术探讨针刺太溪穴对血管性痴呆患者脑功能的影响

目的:观察针刺太溪穴对血管性痴呆(VD)患者脑激活区分布规律的影响,探讨针刺太溪穴治疗VD的中枢效应机制。方法:分别采集18名VD患者针刺右侧太溪穴任务态fMRI数据,应用DPARSF、统计参数图(SPM12)及XJVIEW软件对数据进行后处理和统计分析。结果:针刺VD患者太溪穴正激活脑区:左内侧额上回,右侧额中回,右侧额上回;负激活脑区:左侧枕下回,双侧距状裂周围皮层,右侧颞中回,左侧后扣带回,左侧梭状回,右侧海马回,左侧枕中回,右侧角回,右侧缘上回。结论:针刺VD患者太溪穴发挥良性的双向调节作用,实现高级认知区、体感区、边缘系统和视觉听觉皮层的功能再平衡,也证实了针刺太溪穴治疗VD患者的有效性和可行性。

乳腺癌化疗脑局部一致性异常的静息态fMRI研究

目的通过局部一致性(ReHO)来探讨乳腺癌患者化疗后长期认知功能水平及其与神经心理学量表和血液生化指标的相关性。方法选取29名化疗后的乳腺癌患者(C+)和28名未经化疗的同龄乳腺癌患者(C-)进行静息态功能磁共振检查、神经心理学量表测试和血液学检查。结果与C-组相比,C+组运动疲劳、认知疲劳、感知认知障碍、他人的评价、对生活质量的影响评分得分增高,感知认知能力得分降低,差异有统计学意义(P<0.05),提示C+组认知能力下降。C+组左内侧和旁扣带回SmReHO值降低,左侧颞极:颞中回、右侧颞上回、左侧中央后回、右侧补充运动区SmReHO值升高(体素水平FWE校正,P<0.01)。相关性分析显示C+组右侧颞上回SmReHO值与数字符号实验、对生活质量的影响评分呈正相关,左内侧和旁扣带回SmReHO值与感知认知能力呈负相关,右侧补充运动区、左侧中央后回SmReHO值与胆固醇水平呈负相关。结论乳腺癌化疗患者长期存在认知功能损伤和脑功能活动异常,ReHO改变可能是其病理基础。

深度学习在阿尔茨海默病fMRI图像分类中的研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种多见于85岁以上老人的神经系统变性疾病,其特征多表现为失语,记忆障碍等。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是医生诊断AD的重要工具。目前,深度学习已在声音,图像,文字等数据领域取得突破性的进展,其在AD的fMRI图像分类中的应用也成为了研究热点。本文首先回顾了深度学习的概念;然后介绍了基于深度学习的AD的fMRI图像分类中的几种方法,包括卷积神经网络方法,循环神经网络方法,图神经网络方法;最后对未来的发展进行展望,为后续研究提供参考。

rs-fMRI分析方法用于失眠患者脑功能研究的进展

失眠是影响人体身心健康的生理心理性疾病,严重失眠可导致相关脑区的功能改变。静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术是目前脑功能研究的主要手段,其常用的分析方法包括局部脑区数据分析法(局部一致性、低频振幅、比率低频振幅)和脑区之间静息态功能连接分析法(独立成分分析、种子点功能连接分析、向中心度分析、体素镜像同位分析、图论分析)。该文总结了rs-fMRI分析方法在失眠脑功能研究中的应用,以期为失眠脑功能的深入研究提供资料。

首发精神分裂症患者服用利培酮治疗后静息态脑功能的研究

目的首发精神分裂症患者服用探讨利培酮治疗前后,静息态脑功能局部一致性变化特点以及与临床症状的关系。方法对30例首发精神分裂症患者(观察组)和30名健康志愿者(对照组)进行静息态脑功能磁共振成像扫描,计算全脑局部一致性的ReHo值并进行比较;治疗前与治疗8周后采用阳性与阴性症状量表(PANSS)和Hoffman幻听评定量表(AHRS)对患者进行临床评定;将患者治疗前后的精神症状量表评分与异常脑区的ReHo值进行相关性分析。结果治疗后,观察组患者PANSS总分及各维度评分、AHRS评分均较治疗前降低(P<0.01)。与对照组志愿者相比,治疗前观察组患者ReHo值降低的脑区主要分布于左颞上回、左颞下回,ReHo值升高的脑区主要分布于双楔前叶、右顶上小叶、右小脑后叶(已校正,P<0.05);治疗后观察组患者ReHo值升高的脑区主要分布于右小脑前叶、右顶上小叶,ReHo值降低的脑区位于左颞下回(已校正,P<0.05)。观察组患者治疗前左颞上回ReHo值与PANSS阳性症状评分和AHRS评分均呈显著负相关(r=-0.433、-0.238,P<0.05)。结论精神分裂症患者的多个脑区存在静息态脑功能异常,左颞上回异常的脑活动与疾病症状有关。

T2DM伴认知灵活性减退患者纹状体-背外侧前额叶皮质通路变化的fMRI观察

目的:观察2型糖尿病(T2DM)伴认知灵活性减退患者的静息态功能连接(FC)特征改变及其与认知灵活性的相关性。方法:回顾性分析24例T2DM伴认知灵活性减退的患者(T2DM+CD)、34例不伴认知灵活性减退的T2DM患者(T2DM-CD)以及31例健康对照(HC)。分别对三组受试者使用威斯康辛卡片分类测试(WCST)、斯特鲁普色词测验(Stroop)评估认知灵活性及功能磁共振(fMRI)扫描,观察三组受试者认知灵活性差异、双侧(L. and R.)纹状体(ST)与背外侧前额叶皮质(dlPFC)之间FC的差异,然后分析了认知灵活性与ST-dlPFC通路FC之间的相关,最后进一步分析了T2DM患病状态和认知灵活性对FC改变的交互效应。结果:与T2DM-CD患者及HC相比,T2DM+CD患者WCST总应答数、错误应答数、持续应答数以及用时明显增多,而正确应答数明显减少;Stroop中T2DM+CD患者的正确数、字色矛盾正确数以及字色无关正确数均低于HC。T2DM+CD患者L.ST-L.dlPFC、R.ST-L.dlPFC、R.ST-R.dlPFC之间的FC减低,R.ST-R.dlPFC之间的FC减低与认知灵活性量表评分相关,且T2DM患病状态和认知灵活性对FC的改变存在交互效应。结论:ST-dlPFC之间的FC减低是T2DM特异性认知灵活性受损的神经机制。

儿童失神性癫痫的静息态fMRI指标一致性分析

目的观察不同静息态功能磁共振成像(fMRI)指标在反映癫痫活动时的一致性及关系。方法回顾性收集2010年2月至2021年9月于金陵医院明确诊断为儿童失神性癫痫(CAE)的18例患儿(CAE患儿组),行同步EEG-fMRI数据采集后截取44段发放状态fMRI数据,同时纳入并采集94名正常儿童(正常对照组)的静息态fMRI数据。计算每个受试者低频振幅(ALFF)、分数低频振幅(fALFF)、局域一致性(ReHo)、功能连接密度(FCD)、长程功能连接密度(Long FCD)、短程功能连接密度(Local FCD)、流入格兰杰因果连接密度(GCD_in)、流出格兰杰因果连接密度(GCD_out)、净流入格兰杰因果连接密度(GCD_int)、Hurst指数及静息态fMRI滞后分析(RSLA),采用两样本t检验得到各指标的组间差异脑图,并计算所有组间差异脑图的空间分布频次图,将重叠最大的区域作为感兴趣区。使用Pearson相关分析分别探讨两组受试者感兴趣区内各指标的相关性。同时使用SurfStat软件包构建了广义线性模型,探讨疾病状态与各静息态fMRI指标间相关系数的交互效应。结果各静息态fMRI指标差异脑图的空间分布频次热图显示在双侧丘脑及右侧内侧前额叶有着最大的重叠。感兴趣区内正常对照组及患儿组的各静息态fMRI指标间关系热度图模式相似,但疾病状态与各指标间相关系数的交互分析显示,在双侧丘脑,相比正常对照组,CAE患儿组耦合度增加的指标包括ALFF-fALFF、ReHo-ALFF、RSLA-GCD_int、GCD_int-ALFF、GCD_int-ReHo、GCD_in-FCD、Hurst-fALFF和GCD_int-FCD;耦合度下降的指标包括FCD-fALFF及GCD_in-GCD_out。在右侧内侧前额叶,相比正常对照组,CAE患儿组耦合度增加的指标包括GCD_in-GCD_int、RSLA-GCD_in和GCD_int-RSLA;耦合度下降的指标包括FCD-ALFF、fALFF-GCD_in、fALFF-GCD_out和GCD_in-GCD_out。结论研究结果有助于观察CAE不同静息态指标改变的一致性,并为不同维度的静息态指标间如何相互关联提供了新的见解,进而加强对CAE病理生理机制的理解。

基于神经成像技术的味觉解码研究进展

味觉感知的神经基础作为认知神经科学与感官科学研究的交汇点,正日益受到学界的关注。本文综述应用神经成像技术于味觉解码领域的最新研究进展,深入探讨大脑如何依赖其精细的神经网络处理味觉信息,并实现从感官输入到复杂认知功能的转换。脑电图(EEG)以其高时间分辨率捕捉大脑对味觉刺激的即时电生理反应,而功能性磁共振成像(fMRI)则利用其高空间分辨率详细映射大脑对味觉刺激的血液动力学响应。此外,功能性近红外光谱成像(fNIRS)技术以其对运动伪影的低敏感性和良好的时间分辨率,为在自然行为条件下监测味觉处理提供了新的视角。本文综合评述这些技术揭示的味觉感知神经网络结构,并讨论它们在增进对味觉感知机制的理解以及在相关疾病的诊断和治疗中的应用潜力。

基于遗传算法的简易优化及阈值确定研究

为了保持原始功能磁共振成像(function Magnetic Resonance Imaging, fMRI)数据的空间结构实现噪声体素移除,提高聚类的效果,提出了一种基于遗传算法的简易优化算法.以广义线性模型(Generalize Linear Model, GLM)方法获取的数据作为大脑视觉刺激的真实激活模板,基于遗传算法对5位被测者的fMRI数据图像进行分析.取不同阈值(0.1~0.9)时交叉率和变异率为0且具有唯一的最优值为模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means, FCM)结果,依据真实模板验证聚类结果的准确度.结果表明,相比原始的FCM方法,改变阈值的大小可以使FCM聚类结果的准确度得到有效提高.通过简易优化遗传算法,可以确定最佳阈值为0.6.