功能性核磁共振成像技术在国内心理学研究中的应用

文章简要阐释了功能性核磁共振成像技术(fMRI)的原理与设计,指出在同类脑成像技术中,fMRI具有无创性、极高的空间分辨率、能同时提供机能性和结构性图像等优势,已迅速成为心理学领域最受推崇的一种脑认知成像研究工具.本文同时总结了近15年来fMRI在我国心理学领域中的应用研究,并展望了该技术在具体研究中的新趋势.     

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 .     

在认知神经科学中所应用的功能性磁共振成像技术

认知神经科学已成为新世纪将对人类产生重大影响的十大科技趋势之一，脑成像技术是认知神经科学主要研究工具，其中功能性磁共振成像技术已成为当前最先进，使用最广泛的脑功能成像技术，本文侧重论述在认知神经科学研究中所应用的功能性磁共振成像的技术基础，实验设计原理，数据处理等几个方面，为推动国内这类研究提供一定参考。     

集成神经胶质瘤功能成像的信息于放疗计划之中

由于神经胶质细胞解剖学结构的特点,以及未分化的神经胶质细胞形成的癌组织的浸润性特点使脑神经胶质瘤成为最具毒性的一种癌症,手术、放疗和化疗是目前处理脑神经胶质瘤的主要治疗手段.科学、合理的放疗计划是改进放疗的重要一环.目前,放疗计划的制定都是基于肿瘤的解剖图像,其不足在于未考虑肿瘤的生物学方面的信息.肿瘤的生物信息对于确定脑神经胶质瘤这种浸润性很强的肿瘤的外部边界具有特殊的意义.文中试图通过功能成像的手段把肿瘤的生物信息集成到放疗计划之中,为改进脑神经胶质瘤的放疗效果进行一些前沿性的探索.功能成像一般包括PET,SPECT,fMRI,MRI/S等.不同的功能成像手段具有各自不同的特点及局限性,在同一放疗计划中集成不同的功能成像手段所提供的肿瘤的生物信息应是放疗计划发展的方向.     

记忆与执行功能及有关精神健康的认知神经科学研究

中国科学技术大学1999年建立了脑功能与医学成像联合实验室, 其主要研究方向是:以认知心理学、脑功能成像(fMRI、ERP)等认知神经科学的方法,研究高级认知功能(工作记忆、选择性注意、执行控制、决策等);及相关的认知障碍和精神健康,如老年人和神经内分泌疾病病人的记忆功能、网络游戏成瘾等.在这些方面已经获得了一些有意义的结果. 今后将进一步关注积极心理学中的重要问题,如情绪及幸福感的认知神经机制等.     

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．     

磁共振成像技术在颅脑疾病临床中的应用

通过对磁共振成像技术的系统分析，综合介绍了脑功能成像技术在颅脑临床研究中的应用，提出fMRI在临床中的应用目前正在逐步开发。并且对未来提高外科手术质量和病人的生存质量具有巨大的作用。     

核磁共振脑功能成像BOLD信号的特征及其神经电生理机制

基于脑血氧水平依赖(BOLD)对比的fMRI技术作为脑功能成像的主要方法已广泛用于脑的生理、病理及人的心理活动等研究领域,成为研究脑功能活动的一种重要的无损伤探测手段．目前对BOLD信号的特征及其神经电生理机制的研究受到广泛的重视,研究结果也非常丰富,但还有很多问题尚未解决．同时,由于BOLD信号是对神经活动的间接测量,要准确推演神经活动信息需要对该信号的机制有较为全面及深入的理解．文中就BOLD信号的特征、对外部刺激的非线性响应问题和BOLD信号与神经电生理活动的关系等作简要评述．对非线性响应问题提出了新的观点,并对今后的研究做了展望．     

人类脑计划:神经科学领域划时代的里程碑

人类脑计划 (ｈｕｍａｎｂｒａｉｎｐｒｏｊｅｃｔ)是继人类基因组计划之后又一国际性科研大计划 ,其核心内容是神经信息学 (ｎｅｕｒｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ)。神经信息学是神经科学和信息科学交叉的新兴边缘学科 ,它的目标是利用现代化信息工具 ,使神经科学家和信息学家能够将脑的结构和功能研究结果联系起来 ,建立神经信息学数据库和有关神经系统所有数据的全球知识管理系统 ,将不同层次有关脑的研究数据进行检索、比较、分析、整合、建模和仿真 ,绘制出脑功能、结构和神经网络图谱 ,从而解决目前神经科学所面临的海量数据问题 ,从基因…     

基于数据脑的神经图像元数据立方体构建技术

元数据是神经图像数据库研究的一个关键问题.然而现有神经图像元数据的信息组织形式过于单一,难以支持面向系统化脑信息学研究的分析型数据信息查询.元数据立方体的构建能很好地解决这一问题.本文提出一种基于数据脑的神经图像元数据立方体构建技术.参考现有数据立方体构建技术,定义了新型的神经图像元数据立方体,即源立方体,并设计了其基...     

A template of rat brain based on fMRI T_2~* imaging

Thedevelopmentofnoninvasivefunctionalneu roimagingmethodshasmadeitpossibletoinvestigatelarge scaleactivationpatternsofbrain.FMRI,arep resentativeinhemodynamictechniques,hasbeen usedextensivelyinthestudiesofthephysiology,pathologyandpsychologyofbrains[1—3],foritslessinvasiveproperty,superiorresolution,andlowercost comparedtoPETtechniques.Itisimportanttopointoutthatcommonimage analysissoftwaressuchasstatisticalparametricmap ping(SPM),analysesoffunctionalneuroimages(AFNI),createdatabydoinga…     

A template of rat brain based on fMRI T*2 imaging

The development of functional magnetic resonance imaging (fMRI) technology has made it possible to carry out functional brain imaging experiments in small animals. Usually, group data is required to form the assessment of population, which can not only increase the sensitivity of the overall experiment, but also allow the generalization of the conclusion to the whole population. In order to average the signals of functional brain images from different subjects, it is necessary to put all the mapping images into the same standard space (template image). However, up to now, most animal brain templates remain unavailable and it must be done by ourselves. In this study, a template image based on the brains of eight male Wistar rats is obtained, and it is successfully used in our present Alzheimer disease (AD)-like rat model studies as template for spatially normalizing images to the same stereotaxical space. The fMRI results processed with statistical parametric mapping (SPM99) software are in agreement with the results from immunohistochemical experiment, which proves that this method is universally applicable to the pathologic models of other small animals and to human brain lesion studies.     

What we can do and what we cannot do with fMRI

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is currently the mainstay of neuroimaging in cognitive neuroscience. Advances in scanner technology, image acquisition protocols, experimental design, and analysis methods promise to push forward fMRI from mere cartography to the true study of brain organization. However, fundamental questions concerning the interpretation of fMRI data abound, as the conclusions drawn often ignore the actual limitations of the methodology. Here I give an overview of the current state of fMRI, and draw on neuroimaging and physiological data to present the current understanding of the haemodynamic signals and the constraints they impose on neuroimaging data interpretation.     

轻度认知功能障碍11C-PIB PET连续动态显像结果分析

 为探讨轻度认知功能障碍（MCI）患者碳-11标记的匹兹堡化合物B（11C-PIB）正电子放射断层摄影术（PET）显像的特点,评价MCI患者11C-PIB PET脑显像的临床价值,严格筛选3组受试者：MCI患者8例,阿尔茨海默病（AD）对照组6例,健康对照（HC）组7例。每位受试者均采用连续动态采集程序采集脑PET图像。通过视觉分析各组受试者的图像,总结成像特点。采用感兴趣区域（ROI）方法划取大脑皮层各叶和皮层下核团,得出各个脑区不同时间点的标准吸收值（SUV）,根据SUV绘出时间-放射性曲线。并选取45min时间点的SUV,计算出45min时各脑区与小脑的SUV比值并进行统计分析。结果发现,MCI组中一部分受试者PET图像特点与HC组相似;脑内放射性清除较快,而另外一部分受试者的脑内放射性清除则较慢。将MCI按照显像结果分为AD类似组及HC类似组进行分析后发现,AD类似组与AD组之间的清除率及脑区/小脑比值相比差异无统计学意义,而AD类似组与HC组之间的结果比较类似于AD组与HC组的比较结果。HC类似组与HC组之间的清除率及脑区/小脑比值相比差异无统计学意义,而HC类似组与AD组之间的结果比较则类似于HC组与AD组的比较结果。11C-PIB PET脑显像在不同MCI患者脑内的显像特点不同,因而有可能成为判断MCI预后的一种方法。     

双语语义表征的脑功能成像研究

简介了认知心理学和认知神经科学有关双语语义表征的理论观点及其研究方法,重点总结了近几年来双语语义表征的脑功能成像研究结果,指出当前双语脑功能研究的主要问题是：1) 不同语言的语义表征是否具有完全一致的神经基础;2) 语言熟练程度和语言获得年龄对语义表征及其神经基础有什么影响;3) 两种语言的转换和翻译由哪些脑区负责,是否具有特异性     

MR图像中附加图信息提取及图像显示实现

 MR图像中的附加图信息(overlay)可以为磁共振波谱(MRS)提供指导, 同时能帮助医生定位病灶, 从而准确显示附加图信息, 对辅助医学影像诊断具有非常重要的意义.然而常用的一些DICOM浏览工具在显示DICOM医学图像时往往会丢失对于磁共振波谱研究有重要意义的附加信息.基于此种情况, 本文采用江苏省人民医院提供的磁共振波谱数据, 对像素的提取方法和附加信息进行仔细研究, 同时在DICOM图像上显示实验, 并在Eclipse开发环境中, 利用Java语言和开源包dcm4che-2.0.23进行DICOM显示程序dicomreader的开发.实验结果证明, 本文的Java程序dicomreader软件可以快速将DICOM转换显示为图像并精确显示出附加信息, 并且提取出来的附加信息可以用于研究人员定位脑肿瘤等病变组织、对脑组织进行三维重建、对MRI图像进行分割或是根据波谱信息进行临床诊断等相关研究.     

Mapping human visual cortex with positron emission tomography

Positron-emission tomography (PET) can localize functions of the human brain by imaging regional cerebral blood flow (CBF) during voluntary behaviour. Functional brain mapping with PET, however, has been hindered by PET's poor spatial resolution (typically greater than 1 cm). We have developed an image-analysis strategy that can map functional zones not resolved by conventional PET images. Brain areas selectively activated by a behavioural task can be isolated by subtracting a paired control-state image from the task-state image, thereby removing areas not recruited by the task. When imaged in isolation the centre of an activated area can be located very precisely. This allows subtle shifts in response locale due to changes in task to be detected readily despite poor spatial resolution. As an initial application of this strategy we mapped the retinal projection topography of human primary visual cortex. Functional zones separated by less than 3 mm (centre-to-centre) were differentiated using PET CBF images with a spatial resolution of 18 mm. This technique is not limited to a particular brain area or type of behaviour but does require that the increase in CBF produced by the task be both intense and focal.     

基于β估计校正值的低场功能磁共振成像分析方法

针对低场功能磁共振成像(fMRI)非脑组织信号变化的影响,提出一种有效的图像分析方法以改进大脑功能定位的结果.综合利用基于形变模型的图像分割算法和基于像素形态测量学(voxel-basedmorphometry,VBM)的统计分析方法提取脑组织,生成显式掩模,并构建分析掩模图像以修正一般线性模型的β参数估计值,使得VBM的统计推断只针对大脑组织,消除了非脑组织信号变化的影响.应用实例表明,这种方法可有效去除背景、头骨及头皮信号变化引起的伪激活区,提高了低场fMRI分析的可靠性和准确性.     

弥散加权磁共振成像技术在恶性肿瘤早期疗效评价及N分期的应用

 近10 年来,功能磁共振成像被广泛应用于研究恶性肿瘤治疗疗效早期评价以及良恶性淋巴结的鉴别.弥散加权磁共振成像(diffusion weighted imaging,DWI)技术是功能磁共振成像的一种,是目前唯一应用于临床的可测量人体内水分子扩散运动的方法.它通过测量活体组织内的水分子弥散运动,从而为早期评价患者对治疗的反应、良恶性淋巴结的鉴别提供重要信息.本文综述了功能磁共振尤其是弥散加权磁共振成像在恶性肿瘤早期疗效评价及淋巴结良恶性鉴别的研究进展,认为弥散加权磁共振成像技术作为一种无创性的功能成像检查方法,通过其高分辨率以及功能成像的特点在以上两方面已经显示出较PET/CT 更大的优势,具有相当大的发展前景.     

基于张量子空间的半脑对称度特征与癫痫识别

结合脑PET图像信息,提出了一种基于张量子空间的半脑对称度特征的识别方法用于识别PET图像中癫痫病灶.首先计算全部脑PET图像中所有体素的SUV,并基于SUV建立三阶张量;然后提取半脑对称度特征,建立半脑对称度张量模型;其次利用多线性主成分分析(MPCA)方法对半脑对称度张量模型进行特征选择;最后基于支持向量机(SVM)分类器进行癫痫识别.实验结果表明:提出的算法能够有效地识别脑PET图像中的癫痫病灶,可以作为计算机辅助诊断方式帮助医生进行癫痫疾病的诊断.