基于光声、热声技术的脑组织结构及功能成像

根据不同组织的光及微波吸收差异，利用光声成像在体观测了小鼠脑皮层血管的分布结构，对由外部针刺所致的脑损伤及脑皮层出血进行高分辨的成像，并利用血管光声信号的强度反映血容量的变化，实现光声脑缺血检测．应用热声成像对小鼠脑部金属异物进行定位检测，结合光声脑皮层血管损伤成像，实现快速异物定位及组织损伤检测双结合的功能成像．实验结果表明光声、热声成像既能显示生物组织的形态结构，又能进行组织内部异物的检测，有望发展成为新型的脑功能成像技术．     

光声成像技术及其医学应用进展

光声成像技术是一种具有广泛应用前景的无损生物医学成像技术,其结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光在组织中的高散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像．近年,光声成像技术得到了飞速发展,从技术层面到应用层面都在不断突破．文中将阐述光声成像技术的基本原理,介绍各种光声成像方法模式的发展现状,总结光声成像技术的优点并展望其在生物医学领域的应用前景及面临的挑战．     

生物组织的光声层析成像方法

生物组织的光声层析成像是一种新兴的医学成像技术，它可以提供生物组织的光学吸收信息和声学信息，是一种很有前途的可以发展成为临床的医学检测方法。简要介绍了光声层析成像技术的机理，报道了国内外几种典型的光声成像方法，讨论了目前光声层析成像研究中存在的问题，并指出了光声层析成像发展方向。     

光声成像在生物医学研究中的应用进展

光声成像是一种同时拥有丰富对比度、高空间分辨率和大穿透深度等特点的新型多功能影像技术.其最突出的特征是能够利用生物分子如血红蛋白、脂类、黑色素、胶原蛋白和水的光学吸收差异来表征生理学特性,呈现不同信号源的多对比度清晰图像以揭示组织的解剖结构、功能、代谢和组织学信息.同时,利用外源性对比剂分子可进一步增强图像信噪比和成像深度,特异性成像体内某些低吸收组织器官如淋巴系统、膀胱、肠道,促进疾病的精准诊断或追踪深部组织的生物活动如免疫反应等.光声成像实际上可称为光声分子成像,目前已广泛应用于生物医学研究,但尚缺少系统的总结.该文分别从无标记光声分子成像和有标记光声分子成像两方面回顾典型的应用案例和最新进展,并展望其临床转化前景.     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

不同深度的光声层析成像

光声成像结合了组织纯光学成像和组织纯声学成像的优点,是一种有潜力的无损伤的医学成像技术。本文利用一体化快速光声成像系统,实现了不同深度的模拟样品的光声像。研究结果表明,随着吸收体的深度的增加,激光和超声的强度衰减,其重建图像的强度逐渐减少。系统的横向分辨率为0.5mm,光声采集成像时间为5s。该一体化快速成像系统与现有的方法比较,具有快速方便等特点,有望成为一种组织功能在体成像的新方法,并发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

光声成像技术引导准确定位的针刺

利用光声成像技术,通过监控所模拟扎针的各种情况,实验验证了光声成像技术应用于引导医生和护士准确定位血管位置从容地扎针的可行性,具有重要的临床应用价值.     

去势对成年雄性斑胸草雀HVC神经元电生理特性的影响

鸣唱控制系统的高级发声中枢HVC（high vocal center）是发声运动通路和前端脑通路的始端，是发声行为的起始控制脑区，亦可接受听觉信号的输入及反馈，是鸣禽鸣唱调控最为重要的脑区.以往研究表明,雄激素及其代谢产物对鸣禽鸣唱控制有重要作用.去势显著改变鸣禽体内激素含量，进而影响鸣禽鸣曲稳定性，但其具体机制尚未阐明.我们运用全细胞膜片钳记录法，在离体细胞水平研究了去势引起的雄激素水平降低对HVC不同神经元电生理特性的影响.研究结果显示,去势组与对照组相比，投射神经元HVCRA，HVCX膜输入电阻减小，膜时间常数降低，动作电位后超极化幅值升高及达到峰值时间延长，表明雄激素可以提高两类投射神经元的兴奋性. 综上所述，雄激素可以一定程度上提高HVC神经元的兴奋性，雄激素可增强HVC对发声运动通路（vocal motor pathway,VMP)的控制，抑制前端脑通路(anterior forebrain pathway,AFP)来实现维持鸣曲的稳定.     

基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统，硬件成本较高，制约了其广泛应用.为降低成本，设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法，利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用，从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验，首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法，随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像，并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料，系统只需四个超声换能器即可实现快速成像，可降低光声断层成像系统的硬件成本.     

脑功能磁共振成像研究及应用展望

功能性核磁共振成像 (fMRI)技术可以显示大脑各个区域内静脉毛细血管中血液氧合状态所起的磁共振信号的微小变化 .fMRI作为无损和动态的探测技术 ,已日益成为观察大脑活动 ,进而揭示脑和思维关系的一种重要方法 .本文对功能磁共振成像的生物物理机制作了简要的描述 .然后分别介绍了脑高级功能磁共振成像研究过程中的实验设计、数据处理等环节 .最后给予了脑高级功能磁共振成像研究的最新进展和应用展望 .     

What songbirds teach us about learning

Bird fanciers have known for centuries that songbirds learn their songs. This learning has striking parallels to speech acquisition: like humans, birds must hear the sounds of adults during a sensitive period, and must hear their own voice while learning to vocalize. With the discovery and investigation of discrete brain structures required for singing, songbirds are now providing insights into neural mechanisms of learning. Aided by a wealth of behavioural observations and species diversity, studies in songbirds are addressing such basic issues in neuroscience as perceptual and sensorimotor learning, developmental regulation of plasticity, and the control and function of adult neurogenesis.     

Behaviourally driven gene expression reveals song nuclei in hummingbird brain

Hummingbirds have developed a wealth of intriguing features, such as backwards flight, ultraviolet vision, extremely high metabolic rates, nocturnal hibernation, high brain-to-body size ratio and a remarkable species-specific diversity of vocalizations. Like humans, they have also developed the rare trait of vocal learning, this being the ability to acquire vocalizations through imitation rather than instinct. Here we show, using behaviourally driven gene expression in freely ranging tropical animals, that the forebrain of hummingbirds contains seven discrete structures that are active during singing, providing the first anatomical and functional demonstration of vocal nuclei in hummingbirds. These structures are strikingly similar to seven forebrain regions that are involved in vocal learning and production in songbirds and parrots--the only other avian orders known to be vocal learners. This similarity is surprising, as songbirds, parrots and hummingbirds are thought to have evolved vocal learning and associated brain structures independently, and it indicates that strong constraints may influence the evolution of forebrain vocal nuclei.     

成年雄性斑胸草雀脑多巴胺D1受体的分布

多巴胺是脑内关键的神经递质,它通过与多巴胺受体的作用及其下游的一系列反应来影响基因表达、神经调节和行为活动.在成年鸣禽中,中脑多巴胺能神经元投射到X区、HVC和RA等鸣唱相关核团,释放多巴胺的量受一定社会情境的影响,从而表现出directed song和undirected song等不同鸣唱行为.获得斑胸草雀脑中多巴胺受体的表达情况,为与社会情境有关的鸣唱行为及其他和多巴胺相关的行为活动的神经机制探究提供了基础,并可促进行为学、电生理等方面的研究.我们发现D1受体在斑胸草雀脑中的分布与其mRNA的分布基本一致:在脑的绝大部分区域都有分布;主要鸣唱核团HVC和RA有表达,与其周围区域差异不明显;LMAN中表达量较少;DLM中的表达量较高,并与其周围区域差异明显.但是纹状体内的表达与其周围区域的差异性没有mRNA明显;GCT中的表达量较多,与周围区域差异明显.     

内源性过氧化物酶在鸣禽鸟脑内的分布

成年鸣禽脑经常规颈动脉灌流固定，冰冻切片，ＴＭＢ处理，光镜下观察。结果显示，鸣禽鸟脑内存在内源性过氧化物酶，主要分布在带核，中脑背外侧核，视顶盖，外膝体，上纹状体附属部，视峡核，中央和周转等处，脑桥与延髓亦有分布。     

鸣禽脑的性别分化与鸣叫行为

鸣禽的鸣叫行为具有明显雄雌差异,一些鸣禽只有雄性可以鸣叫,而雌性却不能,这种行为上的差异是由中枢神经系统的双态性所决定的,鸣禽鸣转系统性别分化的方式与经典的性别分化方式不同,雌激素起重要作用,结合近年来国内外的研究进展,介绍了脑性别分化与鸣叫行为的若干控制因素。     

鸣禽鸣啭系统的可塑性及长时程增强研究

鸣禽的鸣唱控制系统已成为研究神经系统与学习、行为和发育相关的一个重要模型.鸣禽的鸣啭表现出一种复杂的学习过程.鸣禽学习鸣啭的过程可以分为两个阶段.在感觉学习期,幼鸟必须听到成鸟的鸣啭,并形成鸣啭模板记忆;在感觉运动学习期,鸣禽通过听觉反馈与模板匹配逐步建立稳定的鸣啭.该文对近年来鸣禽鸣啭学习过程中的新生神经元及长时程增强研究进展进行综述.     

电阻抗测量在脑水肿检测中的应用

生物电阻抗是反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质的物理量,生物电阻抗分析法应用于人体组成成分检测是近年来才发展起来的一种新方法.该技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术.具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点,医生和病人易于接受.目前无创性脑电阻抗双道检测系统和脑电阻抗地形图系统已经进入了临床实验阶段,非接触磁感应断层成像作为一种新的、更为有效的测量方式被广为关注.     

Sound speed imaging of small animal organs by ultrasound computed tomography

Sound speed is an important acoustic parameter for tissue characterization. Herein we developed an ultrasound computed tomography (USCT) system for ex vivo sound speed imaging and evaluation of small animal organs. The proposed USCT system employs a 256-element ring array transducer and allows simultaneous signal transmission and reception for all channels. The method does not require complicated sample preparation procedures and can yield accurate measurement results. Experimental results show that sound speeds of excised rat brain, heart, liver, spleen, and kidney measured by the method are close to published data. This work demonstrates a new method for sound speed imaging and holds potential for in vivo applications.     

Matlab在鸣禽语图分析中的应用

Matlab被称为第四代计算机语言,是一种在工程技术上经常使用的强大的多功能数据分析处理应用软件,鸣禽发声的声学特征参量主要是音节时程t(ms）、主峰频率f(kHZ）、陪音个数及能量分布。使用快速傅立叶变换函数,Matlab可以从3个方面对鸣禽的声音进行分析,并将分析结果可视化,输出鸣声的原始信号、功率谱及语图,从而能够对鸣禽发声的声学特征参量进行处理分析。