基于fNIRS的主动、被动与想象屈肘运动脑激活的特点及比较

目的 利用功能性近红外光谱成像(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)技术探究健康成年人主动屈肘、被动屈肘和想象屈肘运动脑激活的特点。方法 选取30名健康大学生为被试者,男女各15例,年龄(21.22±1.42)岁,选择右手主动、被动和想象屈肘任务作为刺激模式,采用近红外光谱脑功能成像系统实时采集被试者3种不同运动模式下脑功能区氧合血红蛋白(Oxyhemoglobin, HbO2)水平作为脑激活的特征值,并以静息态(resting state, RS)的HbO2水平为基线值,比较3种运动模式下脑激活的特点。结果 非参数检验结果表明,不同运动模式下,右侧初级运动皮层(H=13.309,P=0.004),右侧前额叶前部皮层(H=20.30,P<0.001),右侧背外侧前额叶皮层(H=12.194,P=0.007),左侧初级体感皮层(H=12.642,P=0.005),左侧初级运动皮层(H=20.03,P<0.001),左侧前额叶前部皮层(H=18.187,P<0.001),左侧背外侧前额叶皮层(H=13.379,P=0.004)的HbO2水平比较差异有统计学意义;而其右侧初级体感皮层(H=4.284,P=0.232),右侧前运动区和辅助运动皮层(H=4.201,P=0.241),左侧前运动区和辅助运动皮层(H=8.793,P=0.052)HbO2水平比较差异无统计学意义。结论 不同运动模式下存在特定的脑功能区激活,其激活程度既有相似性又有差异性,主动运动和被动运动任务下的脑激活区最类似。

健康人和脑卒中患者视觉反馈步行训练后脑激活特征的功能性近红外光谱技术研究

目的 比较健康受试者和脑卒中患者在视觉反馈步行训练(TWVF)时的皮质激活特征。方法 2021年8月至11月,厦门市第五医院招募8例脑卒中右侧偏瘫住院患者(患者组)和8例健康受试者(健康组)。两组均佩戴功能性近红外光谱帽并完成TWVF任务,范式包括预备期(10 s)和任务期(“迈步30 s-休息30 s”5个循环)。测量两组大脑皮质激活β值,感兴趣区(ROI)包括前运动皮质(PMC)、辅助运动区(SMA)、感觉运动皮质(S1与M1合称SMC)。结果 健康组步行时双侧M1无明显激活,左半球SMA、PMC和S1激活(P <0.05);患者组步行时健(右)侧半球M1激活程度高于患(左)侧半球,PMC激活程度低于患侧(P <0.05)。患者组双侧半球M1、健侧SMA和患侧PMC的激活程度高于健康组(P <0.05)。结论 脑卒中偏瘫患者在步行时涉及更多的SMC-PMC-SMA运动网络激活。健康受试者步行时无明显M1激活,偏瘫患者健侧M1存在代偿激活现象。

汉语单字词音、义加工的脑激活模式

目的 :研究汉字音、义加工的脑机制。 方法 :采用汉字单字词为实验材料 ,通过功能磁共振成像扫描执行语音和语义两种认知任务的脑区。 结果 :语音任务激活的脑区有 ,左侧顶叶下部和颞上回 (BA 4 0 / 39/ 2 2 ,BA :BrodmannArea ,即布鲁德曼分区 ,下同 ) ,左侧枕中回 (BA 18/ 19) ,右侧枕下回 (BA 18/ 19) ,以及左中央前回 (BA6 )。语义任务激活的脑区有 ,左侧顶叶下部 (BA 4 0 / 39)和左侧颞上回 (BA 2 2 ) ,左侧额下回 (BA 10 / 4 7) ,右侧额中回和额上回 (BA 10 / 11) ,以及左侧额中回 (BA 11)。语义任务减去语音任务激活的脑区有 ,左侧额下回 (BA 4 7) ,左侧海马 (BA 36 )和右侧海马旁回 (BA 36 )。语音任务减去语义任务没有发现任何脑区的显著激活。结论 :在语义任务中与语音有关的脑区得到激活 ;而在语音任务中与语义有关的脑区没有激活。

借助脑功能磁共振技术从中医整体恒动观入手探讨推拿脑激活的中枢响应机制

中医整体恒动观对于中医临床具有重要的指导意义。现代研究表明中医推拿作为一种外治法,能够在整体上调节机体的生理、病理状况,除了局部生物力学机制外,关键还在激活效应脑区,有效调控中枢机制达到治疗的目的,如推拿对穴位-脑、脑肠轴、骨骼肌-脑、关节-脑等均具有广泛调整作用。因此,以具备动态观察机体生理病理状态的脑功能磁共振技术作为研究桥梁,联合已知的推拿脑效应的研究成果,以中医整体恒动观为切入点,可望从神经影像学角度客观、系统地阐释推拿脑激活的中枢响应机制。

基于功能近红外光谱技术的镜像运动脑激活特征的初步研究

目的研究在镜像运动任务时大脑功能激活特征,为镜像运动疗法治疗截肢后幻肢痛提供脑功能影像学依据。方法招募13名健康被试,被试者均为本校的在校师生,采用功能性近红外光谱技术检测被试在左足运动执行和右足镜像运动时其大脑感觉运动皮层激活情况,以及大脑皮层含氧血红蛋白(Hb O2)相对浓度变化时程特点。结果右足镜像运动与左足运动执行时,均显著激活双侧大脑主运动区和初级感觉皮层,其中激活最强的脑区在大脑右侧的初级感觉运动皮层(P<0.05)。镜像任务Hb O2相对浓度时间变化曲线出现下降趋势的时间早于运动执行,但两种任务Hb O2浓度变化均值差异无统计学意义(P>0.05)。结论功能近红外光谱技术研究结果证实了镜像运动和运动执行具有相似大脑激活模式和激活强度。

乒乓球运动干预甲基苯丙胺成瘾者脑激活及认知功能研究

目的:探究乒乓球运动干预甲基苯丙胺(methamphetamine,METH)成瘾者脑激活水平及认知功能的效益,探索METH成瘾者脑区激活水平与认知功能相关关系。方法:14名METH成瘾者进行定点击球和随机击球两种形式乒乓球运动干预,期间间隔超过1周;干预前后受试者分别进行Stroop测试,同时利用近红外光谱技术分别进行受试者的前额叶和顶叶脑血氧检测,分析Stroop任务中的行为表现和大脑皮层激活水平变化。结果:随机击球干预可显著提高受试者Stroop任务测试正确率,并显著缩短反应时,定点击球干预后未表现出有统计学显著意义;rFEF与lPC在随机击球干预前后激活水平表现出显著统计学意义,定点击球干预训练可以显著激活受试者rDLPFC和rPMC两个脑区,不同运动干预形式对大脑rDLPFC及BA表现出不同的激活效果;随机击球干预后lDLPFC和lPMC与Sroop任务正确率相关性具有显著统计学意义,lDLPFC、lOFC、rOFC、BA以及rPC脑氧水平与受试者反应时之间具有显著统计学意义的负相关,定点击球干预后rPC及FEF与反应时存在显著统计学意义的负相关。结论:1)乒乓球运动改善METH成瘾者认知功能;2)乒乓球运动干预显著激活METH成瘾者前额叶和运动皮层等脑区,但不同的击球方式激活效果具有差异性;3)乒乓球运动干预激活运动皮层与前额叶,提升METH成瘾者认知功能。

正常人汉字工作记忆功能磁共振脑激活区改变的研究

目的探讨正常人汉字任务下脑激活区的改变。方法对40例正常人进行汉字工作记忆功能磁共振扫描。结果汉字工作记忆任务下,编码、保持及提取期均有额叶、楔前叶、楔叶、边缘叶及扣带回的正向激活,且有侧脑室及脑脊液在编码及保持期的正向激活和在提取期的负向激活。除共同激活脑区外,编码期所有激活脑区均为正向激活,保持期正向激活脑区有中央前回、杏仁核、上后扣带皮层(BA 31),负向激活脑区有颞中回、顶叶、角回,提取期正向激活脑区有尾状核。结论汉字任务下,脑激活区的改变除皮层及皮层下结构,还有侧脑室及脑脊液的激活。

听觉条件下汉语音段与超音段信息脑激活模式

采用ERP技术,考察听觉条件下汉语音段与超音段信息在注意加工阶段的时间进程,LORETA源定位分析比较二者的脑激活模式。研究结果为:(1)行为学结果显示,声母和声调的改变所带来的任务难度更大,暗示在语义激活过程中所起的作用也更大,同时也说明声调加工占用了更多的心理资源,工作记忆的时长更长。(2)EEG结果显示,听觉条件下,汉语音段与超音段信息在注意阶段对语义加工有着相似的作用和时间进程。(3)LORETA源定位分析结果显示,在汉语句子加工中,虽然左半球占有一定的优势,但右半球也有所参与,在汉语语义整合阶段,需要大脑两半球的协同合作,对语义加工中大脑偏侧化的结论提出了质疑。

应用fNIRS技术对运动执行与运动想象脑激活模式的研究

目的研究在运动执行和运动想象任务刺激下大脑功能激活模式,探讨运动想象的神经机制。方法选择23名右利手正常人作为被试,运用近红外光学脑成像系统采集在运动执行与运动想象任务下脑部氧合血红蛋白、去氧血红蛋白和总血红蛋白浓度相对变化量,并运用统计学检验和模型估计方法进行数据分析。结果左手运动执行时激活脑区为右侧SMA、PMC和M1区,左手运动想象时激活的脑区为右侧PMC区,右手运动执行时激活脑区为左侧PMC、M1和SMA区,右手运动想象时激活的脑区为左侧PMC和M1区。结论运用近红外光学脑成像能够很好显示刺激任务下脑功能激活状态,在运动想象和运动执行时大脑皮层激活部位及强度相似。

健康人群自主吞咽的全脑激活部位研究

目的:探讨健康人群自主吞咽时脑激活区域(尤其是小脑和脑干激活区)的分布及特点。方法:通过block设计的血氧水平依赖性功能磁共振成像技术(BOLD-fMRI),观察健康受试者自主吞咽时的全脑激活的分布情况,用软件SPM5处理脑功能磁共振的影像资料。结果:主要激活区为双侧中央前回、左侧补充运动区、内侧及旁扣带回、左侧前额叶(眶部额上回、眶部额中回)、颞上回、颞横回、丘脑及壳核,且脑干、小脑半球小叶及小脑蚓都显示有激活。结论:中央前回、补充运动区、扣带回、前额叶(包括眶额回和三角部)、丘脑、壳核、小脑半球及小脑蚓是吞咽的相关脑区,而脑干由于受到fMRI分辨率的限制仍需进一步研究。

低复杂度的fMRI脑激活区定位的盲分离算法

功能磁共振成像(FMRI)是一种医学影像技术,由于具有非侵入性和较高的时空分辨率等优点现已被广泛应用于脑区定位。然而传统的FMRI信号分离算法复杂度太高,运行时间长,不利于FMRI技术更有效地应用于脑功能的研究。针对传统FMRI脑区分离算法的计算复杂度问题,提出了一种基于二阶哈达码变换的盲分离算法。先计算fMRI数据中血氧水平依赖(BOLD)信号的相关函数,然后对其进行特征值分解得到解混矩阵,以此实现激活脑区定位。由于哈达码只由1或-1构成,因此可减少BOLD信号相关矩阵计算的复杂度。仿真结果表明,相比高阶统计量的独立分量分析(ICA)和二阶统计量的傅里叶变换盲分离算法,该算法的计算时间分别只有其25%和50%,而定位误差却较为接近。

脑激活水平和主观体验强度的定量关系

综合现有各种实验资料 ,推导对于同一个物理刺激 ,人的脑区激活水平和人的主观体验强度之间的定量关系 。

基于隐马尔科夫模型的fMRI脑激活检测

本文介绍了一种基于隐马尔科夫模型(HMM)的分析核磁共振图像(fMRI)数据的无监督学习模型,与一般线性模型(GLM)方法不同,GLM的主要针对体素的血氧水平(BOLD)反应大脑活动的时间序列响应进行建模,而HMM方法主要针对体素在第一个时间序列的演化过程进行建模。因此,HMM方法可以在BOLD信号上发现更多的信息。本文介绍了两种不同的脑激活检测方法,第一种方法基于似然估计和似然估计比检验,其中高斯模型被用来增加HMM似然映射的对比度。第二种方法是基于两个状态的分布之间的定距,其中,对HMM状态序列进行最有效的估计的是Viterbi算法。通过T检验或使用K-L距离(KLD)来测量激两种状态之间是分布距离。

脑梗死恢复早期患者肘关节屈伸任务下皮质激活特征的功能性近红外光谱研究

目的 观察脑梗死患者恢复早期的脑功能重组。方法 2023年4月至2024年4月,选择首都医科大学附属北京康复医院住院的右半球脑梗死患者20例(试验组),病程2~4周,左侧重度偏瘫;20例健康受试者作为对照组。所有被试完成模块设计左侧屈肘任务,进行功能性近红外光谱检查;对照组只完成1次检查;试验组每2周检查1次,共5次,计算偏侧化指数;并于每次检查前采用Fugl-Meyer评定量表上肢部分(FMA-UE)进行评定。结果 FMA-UE评分逐渐上升(P<0.05);偏侧化指数显示,试验组全脑、初级运动皮质和辅助运动区由右侧优势逐渐趋于平衡,背外侧前额叶皮质由平衡转为右侧优势,前运动皮质从右侧优势转为左侧优势。结论 脑卒中患者恢复早期,随着上肢运动功能改善,多数运动皮质区从患侧优势激活逐步转为左右平衡激活;但少数脑区可能转变为健侧或患侧优势激活。

基于fNIRS的大脑前额叶皮层在不同脑力负荷下的激活模式研究

目的利用功能性近红外光谱成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)探讨大脑双侧前额叶皮层(prefrontal cortex,PFC)在不同脑力负荷下的激活模式。方法选取本校在校学生34例(男性17例,女性17例),分别进行3种负荷水平的n-back(n=1、2、3)认知记忆任务试验,采用fNIRS检测被试大脑双侧PFC的含氧血红蛋白(HbO_(2))的相对含量和时间特性。结果随着负荷水平的增加,被试任务的正确率显著下降,反应时逐步升高,在1-back时显著低于2-back和3-back,但2-back和3-back之间差异无统计学意义。大脑双侧PFC的激活强度随着负荷水平增加呈现非线性增强,相比于1-back,2-back时左、右侧PFC的激活均增强,特别是右侧PFC激活显著增强(P<0.05),然而3-back时双侧PFC的激活程度与2-back、1-back时差异均无统计学意义。检测fNIRS信号的时间特性发现,左侧PFC在3-back时的血流动力学响应较强。结论fNIRS可以检测到不同脑力负荷下大脑双侧PFC在激活强度和血氧响应模式上均存在差异,随着脑力负荷增加,右侧PFC的功能激活显得较为重要。

英语单词语义理解脑区激活研究

目的:以fMRI为研究手段探讨英语单词语义理解任务时的脑区激活。方法:母语为汉语的汉英双语者12人,分为英语专业组及非英语专业组,执行英语单词语义理解任务,采集fMRI图像数据,了解语言任务作业时的脑区激活分布模式。结果:所有受试者均出现显著的脑区激活,除传统语言脑区Wernicke和Broca区外,还出现其它脑区激活,如小脑、边缘系统、基底神经节等。英语专业组执行英语任务时更多依赖右侧半球机制。结论:左侧半球主导语言认知功能,右侧大脑半球不同程度参与该过程。右侧半球执行英语任务作业机制与第二语言的熟练程度相关。不同受试者之间语言认知模式存在个体差异。

基于功能性磁共振成像在正常与病理状态下针刺外关穴时脑负激活的脑区定位研究

目的基于功能性磁共振成像(f MRI)在正常和病理状态下观察真针刺、假针刺外关穴时脑负激活的脑区定位规律。方法 2013年8—12月在南方医科大学选取正常受试者24例,2014年1—6月在南方医院、广州中医药大学第一附属医院选取缺血性脑卒中患者20例,分别施以右侧外关穴的真针刺和假针刺,同时运用血氧水平依赖(BOLD)f MRI采集负激活信号数据,所得数据运用SPM2进行处理(P≤0.001,uncorrected,活体素数目K>30)。结果正常受试者外关穴真针刺负激活的脑区定位:左侧顶上小叶(BA7)、顶下小叶(BA40)、楔前叶(BA7、19)、额上回(BA6)、中央前回(BA6、10)、中央后回(BA3、7)、枕叶(BA19),右侧中央前回(BA6)、中央后回(BA3)、楔前叶(BA19、7)、楔叶(BA19);假针刺负激活的脑区定位:左侧中央前回(BA10)、中央后回(BA3、5),右侧额上回(BA10)。缺血性脑卒中患者外关穴真针刺负激活的脑区定位:左侧额内侧回(BA6、10)、中央后回(BA3)、颞中回(BA21),右侧中央后回(BA3、5)、中央前回(BA4)、额内侧回(BA10);假针刺负激活的脑区定位:双侧楔前叶(BA7)。结论正常受试者与缺血性脑卒中患者的外关穴真针刺均使与该穴主治作用相关的脑区出现负激活,提示针刺疗效可能与脑负激活有关;在执行同样外在任务时,生理状态下和病理状态下被干扰或被打断的脑功能区不相同。

针刺肝经五输穴激活脑区的功能磁共振成像研究

目的观察针刺肝经五输穴各自激活的脑区,探讨同一经脉不同腧穴与脑联系的规律。方法健康大学生30人,随机分为大敦、行间、太冲、中封、曲泉5组,每组6人。采用fMRI技术,分别观察针刺刺激全脑激活的情况。所有数据采用SPM2软件包进行处理,对每组被试预处理后的图像采用random effect的方法进行组分析,P<0.05的像素构成统计参数图,该图即为实验任务激活的脑区。结果针刺大敦激活了BA18、胼胝体、小脑山坡、下半叶小叶;针刺行间激活了BA40、舌回、BA22、黑质、小脑顶、蚓垂、小脑山坡;针刺太冲激活了额下回、BA18、BA19、BA30、小脑顶、小脑山坡;针刺中封激活了BA4、BA6、BA19、海马回、黑质、小脑顶;针刺曲泉激活了中央前回BA4、BA10、颞上回。结论肝经五输穴在脑内各有其相对特异性分布区域,提示穴-脑之间可能存在特异性联系。

脑梗塞后脑功能激活的SPECT脑血流显像研究

脑梗塞后脑功能激活的ＳＰＥＣＴ脑血流显像研究谢瑞满牛敬忠朱文炳修雁陈可靖陈绍亮本研究主要观察脑梗塞患者经体外反搏治疗的脑功能激活方式后，ＳＰＥＣＴ脑血流显像的变化规律，结合临床脑神经功能缺损评分，并与头颅ＣＴ和ＭＲＩ检查比较，进一步探讨脑梗塞后脑功能...

功能性电刺激辅助步行时脑卒中偏瘫患者的脑激活模式

目的采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)实时监测脑卒中偏瘫患者在功能性电刺激辅助其步行时的脑激活特点。方法招募右侧偏瘫的脑卒中患者8例,平均年龄(44.41±7.23)岁,采用自身对照方法,在跑台上以2 km/h的速度完成单纯步行和FES辅助步行任务各1次,同时进行实时fNIRS脑功能信号采集。在Matlab环境下,采用NIRS-SPM工具包计算受试者在完成单纯步行和FES辅助步行时不同脑区的携氧血红蛋白浓度变化,通过一般线性模型整合任务效应,采用SPSS 20.0版统计学软件对beta值进行单样本或配对样本t检验,输出具有显著性差异的激活热点图。结果偏瘫患者在完成单纯步行任务时被激活的通道有ch8、ch10、ch11、ch13、ch14、ch15、ch16、ch17、ch18、ch19、ch20、ch23、ch24、ch25、ch26、ch27、ch28、ch30、ch32、ch33、ch34、ch35、ch36、ch37;在FES辅助步行时被显著激活的通道有ch8、ch9、ch10、ch11、ch13、ch14、ch15、ch16、ch17、ch18、ch19、ch20、ch22、ch23、ch24、ch25、ch26、ch27、ch28、ch30、ch31、ch32、ch33、ch34、ch35、ch36、ch37。该结果提示,单纯步行任务和FES辅助步行时共同激活的脑区均以健侧半球M1区激活为主,患侧半球M1和SMA、PMC、S1区激活为辅。比较不同步行任务下差异激活的脑区,输出存在显著差异的通道有ch9、ch24、ch27、ch32、ch33,该结果提示,相比单纯步行任务,FES辅助步行可额外增强健侧S1、患侧SMA和PMC的激活水平。结论脑卒中后偏瘫患者在单纯步行或FES辅助步行任务时均表现为双侧M1区的不对称性激活模式,而FES可显著增强患侧PMC和SMA区的代偿性激活模式,即FES辅助步行对偏瘫患者存在脑激活效应。