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 .     

基于EEG数值计算的头部MRI图像处理

现在,对于脑科学的研究,无论是从微观还是宏观层次,脑成像都是其有力的工具.脑成像不仅是指大脑解剖结构成像,更重要的是脑功能成像,即结合图像来分析脑的功能活动(生理、病理、感知或认知的),从而揭示脑功能的奥秘.在过去的十几年中,对脑活动非损伤宏观成像技术取得了很大的发     

静息状态脑活动及其脑功能成像

目前应用无创性磁共振功能成像技术的脑功能成像研究常把无任务的静息状态作为对照,特定的脑功能区活动是任务状态脑活动与对照状态相减所得.但是近年来研究发现,所谓静息状态时大脑也存在功能活动.显然这种脑活动将会影响与目的任务相关的脑功能成像结果以及对这种结果的解释.因此理解静息状态脑活动及其生理意义,对解释脑功能成像的结果以及全面了解大脑功能具有重要意义.文中就静态脑活动的研究背景、存在证据、活动特点、生理意义及其功能成像研究进展做简要评述.     

结合光学脑成像及机器学习分类算法对自闭症大脑活动特征的研究进展

自闭症的诊断一直以来是基于行为层面的观察。近年来脑成像研究表明，自闭症大脑存在结构及功能的改变，这些发现为基于成像的诊断提供了新的途径。准确的诊断要基于对大脑异常特征的准确描述，多个脑生理参量的成像可以为自闭症的大脑特征提供更全面的信息。在现有的无损脑功能成像中，光学脑成像具有较高的时间及可接受的空间分辨率，测量时对头部晃动相对不敏感，适用于对儿童，特别是自闭症儿童的研究。近红外光谱技术提供皮层的血氧代谢，而漫射相关谱技术测量皮层的血流。这两类参量可以提供互补的皮层血液动力学信息，结合更为高效的分类算法，有望取得对自闭症大脑皮层活动特征的更为准确的描述和区分。在广泛文献调研及结合自身研究成果的基础上，对利用光学脑成像研究自闭症的大脑活动特征；结合特征参量利用机器学习分类算法对自闭症的预测；以及利用多模态光学脑成像技术（即结合近红外光谱及漫射相关谱）研究自闭症的前景等问题做了系统的回顾与展望，希望为自闭症相关领域的科研人员提供参考和借鉴。     

脑功能网络建模及分析研究进展

大脑是一种典型的复杂系统,理解大脑的结构以及运作机制对生命科学、医药工程、人工智能等领域重大问题的研究具有重要意义.功能核磁共振成像(fMRI)等技术可以实现比较精细的大脑神经活动信号的无创采集,是观察和分析大脑功能活动的重要辅助技术;同时,复杂网络理论与方法则为探索大脑的工作机制提供了重要的理论和技术基础.本文回顾了近年来基于fMRI等大脑神经活动信号采集技术进行脑功能网络建模与分析的研究进展,包括脑功能连接的相关性、因果性分析,白质纤维束投射连接分析,脑活动状态空间的能量图景分析等.文中介绍了这些方法的原理、适用性及局限性.目前基于数据分析的脑网络建模研究已经取得了丰硕的成果,然而,随着神经影像技术的不断发展及高质量神经活动数据的不断积累,复杂系统理论在脑科学领域的应用仍然具有广阔的前景.     

自闭症患者的光学脑成像研究

阐述了新近发展起来的无损光学脑功能成像技术. 通过比较几种常用的脑成像技术, 论述了光学脑成像研究自闭儿童皮层活动的可行性和便利性. 总结了国内外迄今为止利用光学脑成像研究自闭症的初步进展. 最新实验研究表明具有较高自闭特质的儿童，在共同注意任务中其前额叶的血液动力学响应与正常儿童不同. 进一步利用光学脑成像研究脑皮层活动规律及其固有的特征，有望为儿童自闭症的早期诊断提供可靠的客观依据.     

快速绘制大脑地图

<正>绘制大脑地图需要详尽记录大脑中各神经元之间的联系。来自美国麻省理工学院的Ed Boyden教授团队曾尝试利用扩张显微镜(expansionmicroscopy)技术绘制果蝇的全脑图像和小鼠的部分脑组织图像。研究人员要先向组织样本中注入一种凝胶,使其体积扩大后再通过传统的光学显微镜进行观察。但问题是,这种方法在放大细节的同时也会使成像时间大大增加,导致样本中用于识别神经元的荧光标记熄灭。为了解决这一难题,EdBoyden团队与美国霍华德休斯医学研究所的EricBetzig教授团队展开合作,希望将扩张显微镜技术与后者研究的晶格层光显微镜(lattice light-sheetmicroscope)技术结合起来。晶格层光显     

“测心术”真实呈现大脑思维图像

据报道,目前科学家正建立一种创新性大脑扫描成像技术,可以"观看"到测试者大脑思维中的动态图像。当测试者观看视频反馈至大脑时,研究人员可通过屏幕看到相应的图像。这是迄今已证实最令人惊讶的"测心术",该项研究成果是由美国加利福尼亚州大学贝克利分校科学家获     

我国首次成功在脑中植入电极用意念控制机械手臂

正近日,浙江大学医学院附属第二医院神经外科与浙江大学求是高等研究院合作的"脑机接口临床转化应用课题组"宣布,首次通过颅内植入电极的方式实现意念控制机械手,人类利用"意念"操控机械不再是空想。这一成果为"渐冻人"实现运动功能重建带来了希望。脑机接口,是指大脑与外部设备之间建立的神经信息交流与控制通道,从而实现大脑与外部设备的直接交互,完成大脑对外部设备的控制。本次研究中的大脑皮层植入电极技术可以在     

刀哥的“脑洞画室”

正有一种东西,没有华丽的外表,却有充实的大脑,你们猜是什么?对啦,是核桃!核桃好吃又好玩,我画了一幅"核桃脑洞画",你们喜欢吗?     

脑机接口:跨越人类语言的鸿沟 当人类不再用语言交流

正"这个水果真甜"!到底有多甜?无论你用多少形容词去解释这个水果的口感,别人都无法切实感受到水果的味道,这不是你的错,这是语言上的鸿沟,而脑机接口能够让人类越过这道坎。大脑是人体最重要的器官之一,几乎所有的高级神经活动都在脑部完成,也是人类与外界进行信息沟通与处理的中枢。而"脑机接口"技术由来已久,该技术是一种研究如何用神经信     

自闭谱系障碍的大脑功能性连接研究进展

自闭谱系障碍是一种以早期社会交往上的广泛性异常、缺乏与人进行沟通的能力、异常局限的兴趣以及刻板重复性行为为特征的复杂的神经发育障碍．自闭谱系障碍的大脑功能性连接研究表明,自闭谱系障碍存在着大脑功能性连接的显著降低,这种神经同步性活动的异常与自闭谱系障碍的社交和沟通障碍的严重程度呈负相关．实验研究采用功能性近红外光谱成像技术,对自闭谱系障碍儿童静息状态下大脑皮层的功能性连接性进行测量,结果发现,自闭谱系障碍儿童的额叶和颞叶左右半球之间的功能性连接是显著降低的,而额叶和颞叶在语言加工和社会认知过程中起着重要作用．功能性近红外光谱成像技术作为一种光学脑成像技术,能够有效且可靠地揭示自闭谱系障碍的大脑异常功能性活动．     

光声成像技术在鸣禽脑中的应用

鸣禽鸣啭学习与记忆机制的研究是当今神经科学领域的一个特色分支,近年来该研究迅猛发展.光声成像是一种新型无损脑功能成像技术.该文首次采用光声成像技术对鸣禽斑胸草雀脑进行研究,以期为揭示鸣禽鸣唱机制提供新的手段.     

蒙古沙鼠的脑底动脉解剖及其在全脑缺血模型中的应用

目的研究蒙古沙鼠脑底动脉的形态,为制作全脑缺血再灌注模型提供解剖学依据.方法成年蒙古蒙古沙鼠30只,分别用铅丹混合液和乳胶混合液两种方法灌注,甲醛固定,铅丹组用X线机拍片观察.乳胶组用去骨暴露血管直接观察.分别观察蒙古沙鼠脑底动脉的构成及分支、分布情况.结果蒙古沙鼠的脑底动脉来自颈内动脉系和椎-基底动脉系,颈内动脉的主要分支有：大脑前动脉、大脑中动脉、大脑后动脉,基底动脉的主要分支是小脑上动脉.颈内动脉及其分支与基底动脉及其分支之间未见任何交通支.结论蒙古沙鼠的脑底动脉无后交通动脉,没有完整的大脑动脉环.颈内动脉系和椎-基底动脉系为两个独立的供血系统.为制作全脑缺血的两血管阻塞模型提供了天然的条件,本文对此进行了进一步的验证.     

三磅的宇宙

正关于大脑连接组计划,大众更为关心的是:是否可以治愈或至少延缓脑疾病的发生发展?是否能促进少年儿童的智力发育?是否能让大脑跳"广场舞",使其永葆青春?我们每个人都有一个"小宇宙"——大脑,虽然它只有三磅(1.36kg)重,但为了研究这"三磅的宇宙",近十年间,世界各国神经科学家开展了一项探索大脑奥秘的宏伟工程——连接组计划,希望全面认识大脑中神经元之间的连     

《中国学术期刊文摘》综述文摘选登

光学神经成像研究进展付玲(华中科技大学武汉光电国家实验室,武汉430074)大脑功能的成像检测在认知神经科学领域具有重要意义。现代光子学技术的发展为认知脑成像提供了新的研究手段,可在神经系统信息处理机制研究中发挥重要作用。介绍了在神经元、神     

G-Cut密集交织神经元簇精确分割

<正>脑是宇宙间最为复杂的系统之一,成人的脑中有约1 000亿个神经元,单个神经元通常与其它神经元有成千上万个"突触"连接节点,形成拥有百万亿级连接的极其复杂的脑神经网络.人类个体的行为、认知功能与大脑神经网络的形态及其连接方式有着密切联系.另外,已有研究表明,众多的神经系统疾病,如阿尔兹海默症,自闭症等都与大脑内神经元的形态异常有关.因此,结合前沿的神经影像成像、先进的计算     

人类合作行为的神经生物基础及脑模型

已有的脑成像研究表明,个体在社会博弈中的合作决策主要激活与认知控制、社会认知以及奖励加工有关的三类大脑神经网络.首先对上述三类大脑系统的功能及其相应的大脑结构和神经回路进行阐述,并对相关的脑成像研究进行回顾.对激素水平的研究发现,催产素能通过增加人们之间的信任来促进合作.在此基础上,介绍新近提出的关于合作的脑机制模型,最后指出这一领域已有研究存在的一些问题以及未来的研究方向.     

基于信息积累技术的大脑运动意识任务分类

提出了将信息积累技术结合Fisher判别式分析的方法,实现大脑想象左右手运动意识任务的连续分类,获得了满意的结果.利用Morlet小波滤波方法提取优化的运动相关脑电特征,对两组实验数据4个受试者的运动相关脑电模式进行分类,平均最大分类正确率达到87.95%.通过最大分类正确率、最大互信息等评价指标的比较,验证了信息积累技术对改善大脑运动意识任务分类性能的有效性,从而为脑机接口系统应用中大脑运动意识任务分类提供了新的思路.     

基于Web服务的神经信息学集成环境的架构与设计

功能性核磁共振成像技术(fMRI)与正电子断层成像技术(PET)是当前快速发展的脑成像技术,两种成像技术原理不同但功能互补.若能将fMRI成像产生的解剖性信息和PET成像产生的功能性信息结合起来,将能更有利于识别、判断脑部组织的结构与变化;同时,若进一步集成神经信息学相关学科及科研环境,将对基础神经信息学有重大的意义.采用当前流行的Web Service技术设计整合fMRI与PET脑成像技术;同时以浙江大学多学科综合科研环境为背景,进一步设计了一个无缝的资源共享的神经信息学集成环境.