认知神经科学脑成像技术简介、当前应用及展望

2、认知神经科学脑成像技术简介、当前应用及展望

答：

CT、MRI——癫痫的病因

SPECT——脑血流灌注

PET——脑代谢

MRS——脑内生化物质的改变

fMRI——血氧水平依赖（BOLD）描述大脑内神经元激活的区域

脑电图—主要体现在对于癫痫源或者功能区的定位帮助，并不能用于诊断病人是否患有癫痫

【以上是一个课件中得到的，我不是很明白说的意思。】

下面是关于ｆＭＲI的应用发展

1. 功能核磁共振的概念、特点及工作原理

（1）概念

功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRI)的突出特点是：可以利用超快速的成像技术，反映出大脑在受到刺激或发生病变时脑功能的变化。它突破了过去仅从生理学或病理生理学角度对人脑实施研究和评价的状态，打开了从语言、记忆和认知等领域对大脑进行探索的大门。

传统的磁共振成像(MRI)与功能磁共振成像(fMRI)之间的主要区别是它们所测量的磁共振信号有所不同。MRI是利用组织水分子中的氢原子核处于磁场中发生的核磁共振现象，对组织结构进行成像，而fMRI所测量的是在受到刺激或发生病变时大脑功能的变化。根据所测量的脑功能信号的不同，磁共振功能成像主要有以下四种工作方式:①血氧水平依赖功能磁共振成像(blood-oxygen-level-dependentfMRI，BOLD-fMRI)，它主要是通过测量区域中氧合血流的变化(或血流动力学的变化)，实现对不同脑功能区域的定位；②灌注功能磁共振成像(perfusionfMRI)，又称为灌注加权成像(perfusionweightedimaging，PWI)。这种成像方法主要用于测量局部脑血流和血容积；③弥散加权功能磁共振成像(diffusion-weightedfMRI)，这种方法主要用于测量水分子的随机运动；④磁共振波谱成像(MRIspectroscopy)，该方法用于测量脑的新陈代谢状态以及参加到新陈代谢中的某些物质(如磷和氧)的含量。目前，临床上和脑科学研究中一般都是用第一种方式，文献中出现的fMRI，如果不做特别说明，一般都是指BOLD-fMRI，简称为fMRI。

（2）工作原理

BOLD 技术是fMRI 的理论基础。当大脑在执行一些特殊任务或受到某种刺激时,某个脑区的神经元的活动就会增强。增强的脑活动导致局部脑血流量的增加,从而使得更多的氧通过血流传送到增强活动的神经区域,使该区域里的氧供应远远超出了神经元新陈代谢所需的氧量,导致了血流中氧供应和氧消耗之间的失衡,结果造成了功能活动区血管结构中氧合血红蛋白的增加,而脱氧血红蛋白的相对减少。脱氧血红蛋白是一种顺磁性物质,其铁离子有四个不成对电子,磁距较大,有明显的T2缩短效应,因此在某一脑区脱氧血红蛋白的浓度相对减少将会造成该区域T2。信号的相对延长,使得该区域中的MR信号强度增强,在脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号,利用EPI快速成像序列就可以把它检测出来。

（3）特点

目前,在临床和脑科学研究中进行脑功能成像的手段主要有:单光子发射计算机断层成像( SPECT) ,正电子发射断层成像(PET)和功能磁共振成像(fMRI) 。与其他脑功能成像手段相比,fMRI具有以下特点：①fMRI的空间分辨率和时间分辨率要比PET 和SPECT 高的多,这意味着fMRI能够对瞬间的认知事件和大脑的微细结构进行成像,并能够提供比较清晰的图像; ②与PET 和SPECT不同,fMRI技术对人体无辐射性伤害,它利用脱氧血红蛋白作为内生的造影剂,在成像过程中不需要注射放射性同位素,可对同一患者进行重复成像;③利用fMRI ,可以对发生在同一个体的不同的精神状态(如躁狂、压抑和欣喜等)进行比较时,易于作统计推断,而利用PET和SPECT 扫描通常要对一组个体在不同的精神状态之间做统计推断。这样,fMRI在理解个体脑功能方面具有重要的应用; ④与其他功能成像仪器比,fMRI的扫描费用较低。基于以上特点,fMRI技术在临床和脑科学研究中得到了广泛的应用。

2.功能磁共振成像的应用

目前fMRI主要应用领域有:临床、药物滥用和正常脑功能研究。

（1）临床应用

患者的生存时间和生活质量与病灶(如肿瘤、血肿等) 的切除程度密切相关。如果对病灶过度切除,会造成对病灶周围重要功能区域的损害,而这种损害是不可逆转的,严重影响患者的生活质量;反之如果对病灶切除不够,残余病灶会严重影响患者的生存时间。最大程度地切除病灶,同时使主要的脑功能区域(如视觉、语言和感知运动皮层等)得以保留是神经外科手术的目标。神经外科的风险主要是由外科手术对重要脑功能区域的损伤程度决定的。手术的成功与否取决于对大脑结构和重要组织功能的精确描述。利用fMRI 可以在术前无创地获得

人脑重要区域的功能映射图,这些信息可被外科医生用来制定最优手术方案,以便在最大程度地切除病灶的同时,把患者的重要功能区域保留下来。

（2）药物滥用

近年来,各国都投入大量的人力、物力广泛开展对吸毒成瘾、戒毒方法以及复吸和防复吸的机制研究。利用脑成像技术观察脑内受体的上调、下调,受体亲和力,脑内递质变化,糖和氨基酸等代谢变化。脑成像技术可以在整体,而且是在清醒状态下观察脑内受体和很多微观的生物化学变化,，不仅可以用来分析身体依赖时的变化,也可用来分析精神依赖时的变化。

（3）正常脑功能研究

脑科学研究最具挑战性的研究课题之一是对人脑工作机制即人脑高级功能的研究,这些功能主要包括:视觉、听觉、认知(语言、记忆)和运动功能等。脑科学研究首先是从认识脑开始的。fMRI 可以形象地展现人类大脑在处理与加工各类信息的活动情况,使研究者能够在无创伤的条件下直接观察脑的复杂功能,便于深入探讨人类的行为与脑活动之间的关系,认识大脑在人类认知活动及发展中的作用。

3. 3 功能磁共振成像存在的问题及发展前景

（1）BOLD- fMRI的工作机制问题利用BOLD- fMRI就难以对神经功能不正常的脑疾病患者的激活区域进行成像。尽管人们已经利用BOLD2 fMRI 在临床和脑科学研究中取得了很多成果,但是日本学者的发现至少可以说明,BOLD2 fMRI 能否在临床上得到广泛应用尚值得人们进一步去研究和论证。

（2）fMRI图像的噪声问题血液只占到灰质的很小一部分(约6 %) ,在

白质中所占的比例就更小。因此,在fMRI 图像中,由神经活动造成的血流动力学信号的改变所占的比例也是非常小的,信号比例的大小与静态磁场的强度直接相关。。目前,解决fMRI噪声问题最理想的方法是图像后处理。

（3）fMRI 图像的运动伪影问题fMRI对受试者头部微小的运动十分敏感,头部运动是造成fMRI 图像运动伪影的主要原因,微小的头部运动所造成的大脑边缘象素强度的变化远大于BOLD 激活反映。