基于Task-fMRI的分类分析研究

本文通过分类分析方法来研究任务态功能性核磁共振成像(task-fMRI)数据。首先通过构建回归模型(GLM)在个体水平上显示显著激活体素;其次通过任务态激活体素和对应任务事件构建数据集并在被试间对比不同分类的结果。结果表明在10折交叉验证(K-Fold)下不同的机器学习分类模型所得到的准确率不同,支持向量机(SVM)(rbf)的准确率最高92%。

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。

功能磁共振在偏头痛研究中的应用进展

偏头痛是临床最常见的原发性头痛,分为前驱期、先兆期、头痛期、头痛后期和头痛间期,其发病机制和治疗靶点尚不明确。随着神经影像学的发展,功能磁共振成像(fMRI)的应用为偏头痛的发病机制、诊断和治疗研究开辟了全新的领域。本综述主要介绍了偏头痛不同阶段的fMRI研究结果和最新进展。

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。

针刺功能磁共振成像研究任务设计方法述评

任务态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)是研究针刺效应尤其是针刺即时效应的良好方式。根据任务设计方式不同,对针刺任务态fMRI研究两类四种任务设计类型进行述评,分析各自优缺点,以期为后续针刺任务态fMRI研究提供借鉴和参考。

针刺轻度认知障碍患者太溪穴任务态功能磁共振成像研究

目的:基于任务态功能磁共振成像技术,通过观察轻度认知障碍(MCI)患者太溪穴针刺态脑神经元活动的改变,探讨针刺对认知相关脑区的神经调节机制。方法:选择轻度认知障碍患者16例,采用16 min任务态实验设计。使用3.0T磁共振扫描仪,首先采集8 min基线静息态数据,再采集8 min针刺太溪穴的针刺态数据。数据经后处理与一般线性模型分析,基于体素水平P=0.001(未校正)和cluster水平P<0.05(FWE校正),获得MCI患者针刺态脑内神经元活动改变的脑功能区。结果:针刺MCI患者右侧太溪穴正激活脑区为左侧眶部额下回(BA47)、右侧三角部额下回(BA45)、左侧岛盖部额下回(BA44)、右侧岛叶(BA13)、左侧颞上回(BA38)、右侧颞下回(BA20)、右侧小脑前叶、后叶、右侧丘脑。负激活脑区为左侧后扣带回(BA31)、左侧楔前叶(BA7)、右侧海马回。结论:针刺MCI患者太溪穴的即刻效应可直接影响认知活动相关脑区的神经元活动,调节病理性失衡的认知回路,可能是针灸对MCI治疗的潜在神经机制。

首发精神分裂症患者的功能磁共振初步研究

目的 利用血氧水平依赖性(blood oxygenation level-dependent,BOLD)功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术探讨首发精神分裂症患者治疗前后认知功能激发图像的特点。方法 13例首发精神分裂症患者入组,用利培酮或氯丙嗪治疗后9例患者复查fMRI。以词语流畅性作业(verbal fluency task,VF)作为任务,采用Block设计,用梯度回波-平面回波成像(GRE-EPI)序列采集数据,经工作站处理后获功能图像。结果 (1)VF激活受试者的额叶(前额叶)、顶叶及颞叶皮层;(2)复查的9例受试者中,7例激活增强,2例激活减弱;(3)治疗后激活增强的7例受试者的双侧额上、中、下回激活有增加趋势,而双侧颞上、中、下回激活有减少趋势(P>0.05);但左额叶背外侧面治疗后的激活明显强于治疗前(P=0.032)。结论 BOLD-fMRI可用于研究人脑的高级认知功能。首发精神分裂症患者治疗前后脑功能图像有明显变化,提示认知缺陷症状是可以治疗的。

10例中国正常汉族人不同的汉语听觉任务时fMRI中Wer nicke区激活的特点

目的筛选能够在功能性核磁共振造影(functional magnetic resonance imaging,fMRI)上稳定激活Wernicke区的汉语听觉任务刺激模式。方法选用正常右利手中国汉族人10例,采用组块设计,应用西门子SONATA1.5TMRI分别进行不同的汉语语言听觉刺激任务下的脑功能成像,汉语语言听觉刺激任务分2组:词汇理解组、段落理解组。同时以音乐组作为单纯听觉刺激对照。图像资料经处理后获得脑区激活图。结果音乐组可见双侧颞横回激活,激活以右侧颞叶为主;词汇理解组与段落理解组10例均可见以左颞叶为主的激活(Wernicke区),其中段落理解组激活信号更加强烈,时间-信号强度动态曲线稳定。结论汉语的段落理解任务可以作为临床观察fMRI中激活Wernicke区的听觉语言任务刺激模式。

色-词Stroop任务中的冲突类型述评

在认知控制领域中,色-词Stroop任务常被用于研究冲突加工的内在机制。本文首先简述色-词Stroop任务中的刺激冲突和反应冲突及研究这两类冲突常用的实验范式。然后介绍这两类冲突的神经动力学特征:事件相关电位研究显示,N450的波幅调整反映了大脑对冲突的监测,持续电位(sustained potential,SP)的波幅调整反映了大脑对反应冲突的解决;核磁共振成像研究显示,前扣带回、背外侧前额叶分别在反应冲突的监测、认知控制的执行上扮演着重要的角色。文章最后针对目前研究范式存在的问题提出了改进方法和认知神经研究的新方向。

抑郁症脑功能磁共振成像研究

功能磁共振成像已经成为当前人脑功能研究的重要手段之一,本文综述了抑郁症患者脑功能磁共振成像(fMRI)研究的概况和进展,特别对利用血氧合水平依赖磁共振成像(BOLD-fMRI)的抑郁症患者大脑不同脑区的研究发现进行讨论。

任务维度和任务无关维度干扰信息的同质性影响视觉搜索的神经机制

在三个实验中,我们利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术考察了在简单特征搜索任务和客体内联合搜索任务中任务维度干扰项的同质性(或称一致性,homogeneity)和任务无关维度干扰信息的同质性对视觉搜索行为的影响及其神经机制。主要探讨了三个问题:(1)任务维度干扰信息的同质性与目标存在性之间交互作用的神经机制;(2)任务维度干扰信息的同质性与任务无关维度干扰信息的同质性之间的交互作用及其神经机制;(3)上述神经机制在不同类型的视觉搜索(特征搜索和联合搜索)中的异同。

错误信息持续影响效应的神经基础

本研究通过分析任务态fMRI下相关脑区激活及功能连接的条件间差异以揭示CIEM神经基础并为心理模型更新及记忆提取失败假说提供更多证据。结果发现,更正条件的推理分显著高于控制条件,存在CIEM。编码阶段左颞中回在更正条件下的激活显著弱于控制条件,提取阶段更正条件下额中回及前扣带回激活更弱、额中回与中央前回的功能连接更强。结果提示上述脑区可能参与了CIEM的形成,并从神经层面提供了心理模型更新和记忆提取失败假说可能解释了CIEM形成的不同阶段的证据。

脑图像数据中的独立分量分析方法

针对脑功能磁共振成像在处理数据时空间维数较大的问题,提出一种空间独立分量分析(ICA)方法。研究空间ICA方法的基本模型结构和空间ICA的3种常见算法,即Infomax算法、Fixed-Point算法和Orth-Infomax算法。设计中文词义辨别实验,并使用线性相关方法进行算法比较。实验结果表明,与Infomax算法、Fixed-Point算法相比,Orth-Infomax算法任务相关分量的时间序列与参考函数的平均相关系数最大,具有较高的求解质量和求解效率,能够有效处理脑功能磁共振成像系统中存在的大量数据。

电针率谷穴任务对偏头痛患者疼痛相关脑网络的影响

目的:基于任务态功能磁共振方法,从疼痛相关脑功能网络层面探究电针率谷穴的特异性中枢响应机制。方法:20例偏头痛患者行静息态及电针率谷穴任务态扫描,20例健康受试者行静息态功能磁共振扫描,应用SPM12软件选取前扣带回作为种子点,分析2组受试者针刺前、患者组电针即刻及电针前后前扣带回与全脑功能连接的变化差异。以RESTplus软件提取感兴趣区血氧水平值,与患者临床资料做相关性分析。结果:(1)患者组电针前与对照组比较,右侧前扣带回与右侧枕中回,左侧尾状核,左内侧额上回,左侧中央前回,右侧额中回,左侧额中回之间的功能连接减弱;左侧前扣带回与全脑功能连接未见明显差异;(2)电针刺激阶段,患者组左侧额下回三角部、左侧中央前回、左侧中央后回、右侧中央沟、右侧缘上回出现正激活;(3)患者组电针前后对照,左侧前扣带回与左侧三角部额下回,左右额中回功能连接增强;右侧前扣带回与左侧三角部额下回,左侧额上回,左右额中回功能连接增强;(4)背外侧前额叶皮层激活强度与患者病程年长呈负相关。结论:电针率谷穴能调制前扣带回与执行控制网络的功能连接,可能是其治疗偏头痛的中枢机制之一。

颞叶癫痫患者脑语言功能的Bold-fMRI研究

目的利用Bold-f MRI研究颞叶癫痫(TLE)患者与正常对照组在语言任务模式下脑激活的差异,探讨颞叶癫痫患者脑语言功能改变的影像学表现。方法对经过手术病理证实的17例发作间期右利手TLE患者及相匹配14例正常对照者行动词生成语言任务的脑部Bold-f MRI检查。采用SPM 8软件对Bold-f MRI脑功能图像进行数据处理和分析,采用两样本t检验比较癫痫组和对照组动词生成语言任务的f MRI激活图差异。结果 Bold-f MRI脑激活结果显示,左侧颞叶癫痫组与对照组比较脑功能激活减低的区域有双侧额下回、颞下回、双侧枕叶、双侧小脑半球、双侧岛叶、前扣带回、双侧中央前回、辅助运动区及左侧海马、舌回,激活增高的区域为右侧楔前叶;右侧颞叶癫痫组与对照组比较,脑功能激活减低的区域有右侧额下回、中央后回及岛叶。说明左侧颞叶癫痫对语言相关功能区的影响较大。结论颞叶癫痫患者动词生成任务Bold-f MRI脑功能激活范围及强度较健康对照组明显降低,以左侧颞叶癫痫者为著。

功能磁共振在神经外科手术计划中的应用

随着功能磁共振(functional MRI,f MRI)技术的发展,f MRI技术已经在神经外科得到了越来越广泛的应用,以保护脑功能进而提高手术预后。本综述对任务态f MRI、弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)及静息态f MRI(rsf MRI)技术在神经外科手术计划中的应用进行了探讨。目前任务态f MRI与DTI纤维束追踪技术已经广泛应用于神经外科手术术前计划中,用以评估病灶与功能区的空间关系,具有较高的稳定性及可靠性。rs-f MRI相关研究也表明其在对于神经功能区、神经认知功能区、致痫灶的判断及定位方面的临床应用潜力。随着磁共振技术的不断完善,f MRI将进一步提高神经外科手术预后。

轻度脑损伤病人任务态fMRI脑区激活:元分析

目的运用激活似然估计(activation likelihood estimation,ALE)元分析探讨轻度创伤性脑损伤(mild traumatic brain injury,mTBI)病人认知相关脑区激活特点,并试图阐明mTBI病人认知功能改变的神经机制。方法系统检索中文及外文数据库,检索时间从建库开始至2020年3月2日。运用软件Ginger-ALE 3.0.2进行坐标统一化与元分析。计算出的脑区ALE分布图通过Mango软件与Brainnet Review软件呈现。结果共纳入7项研究,其中mTBI病例174例,健康对照者140例。元分析结果显示:与健康被试者相比,mTBI病人左前叶角回、左枕叶视觉联合、左侧中脑、右颞叶角回、右侧小脑扁桃体等脑区激活增强,而右背外侧前额叶、左小脑前叶、左背外侧前额叶、右侧额中回、右侧后扣带回等脑区激活减弱。进一步联合分析发现:右侧额中回背外侧前额叶为共激活减弱脑区。结论右侧额中回背外侧前额叶激活减弱是区分mTBI病人与健康被试者的主要脑区。此外,认知障碍可能与右侧额中回背外侧前额叶激活减弱有关,这可能与控制注意力的神经网络的募集能力下降有关。

脑激活任务区分度的分析及应用研究

大脑在执行不同类型任务时激活模式各不相同,变化很大,各个脑区的变化程度也不同。据此,提出任务区分度计算这一全新的方法。用相似性度量对任务态功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)分析,衡量大脑在执行不同条件时各个脑区激活模式的区分程度,揭示大脑各个区域对任务的表征能力。实验对正常人和狂躁症患者记忆提取任务的fMRI数据进行分析,使用皮尔逊相关分析、余弦相似度分析和欧几里德距离计算3种常用的相似性度量方法,并计算各个脑区的任务区分度。结果表明区分度较高的脑区参与记忆、注意和视觉信息等功能,表明了该方法的准确性和科学性。狂躁症患者在负责记忆和注意等脑区的任务区分度较正常人低,表明患者脑功能受损。此外,研究还发现基于皮尔逊相关分析的区分度计算表现较好。通过与SVM方法的对比证明了该方法在区分不同任务的激活模式时的优越性。综上,基于相似性度量的脑激活任务区分度的方法能够适用于任务态fMRI分析及其相应的脑功能分析。

基于fMRI与MEG数据融合的大脑语言处理的激活分析

本文对同一组被试进行相同的语言实验任务,同时采集被试的功能磁共振图像数据和脑磁数据,通过对两种神经成像技术进行融合,弥补两种方法在分辨率上各自存在的不足.本实验采用fMRI-MEG数据融合的方法对采集的数据进行处理,得到了具有高时空分辨率的信号,从而能够更加精确地对大脑在处理语言任务时的激活区域进行定位.通过激活区域分析,更好地理解大脑在处理语言任务时的工作机制.由本实验可以推断大脑在处理语言任务的过程是:听觉冲动首先传导到听觉区域并产生听觉,同时韦尼克区会强烈激活,随后神经传导到运动性语言中枢控制所有与运动有关的皮质以做出相应的反应.

Invariance of Functional Characteristics to Task Difference at Low-Level and High-Level Areas in the Ventral Visual Pathway

Tasks with stimuli are often used for the examination of stimulus-related functional characteristics of brain areas. However, the task can affect the response to a stimulus. Repetition suppression is a phenomenon that can be used to probe neuronal properties using macroscale functional magnetic resonance imaging (fMRI). The use of repetition suppression as an investigative tool to assess functional characteristics warrants the investigation of the invariance of repetition suppression to a given task. In this study, we examined repetition suppression using images of faces during different tasks. We found that the task difference did not change the response patterns related to repetition suppression in high-level areas and the primary visual area while it changed amplitudes of fMRI response to the visual stimuli. The result suggests that the repetition-suppression phenomenon is robust compared with the amplitude of fMRI response, and functional characteristics can be examined using the repetition-suppression phenomenon even under the condition that fMRI response is varied by task difference.