功能磁共振成像

脑功能网络分析
Wang et al., Brain 2010
Liu et al., Brain 2008
子网络分析
常用效应连接分析方法
Psychophysiological interactions (PPI)
Friston et al., Neuroimage 1997
Structural equation modeling (SEM) Granger causality mapping (GCM)
ALFF技术
A. 时间序列的信号强度 B. 带通滤波 (0.01–0.08 Hz) C. 快速傅利叶变换的到功率谱 D. ALFF：功率谱的方根 E. 0.01–0.08 Hz频段的平均ALFF F. 标准化的 ALFF
Zang et al., 2007
种子区功能连接分析
研究内容与方法：选定体素与其它体素时间序列 的相关性
自发活动与任务态脑激活的关系
发现：2个脑区在同一任务状态下被激活，在该任务时，这 两个脑区的相关性增加；而其他脑区之间的相关性会降低； 测到的BOLD信号与人类行为相关 假设：如果自发活动可以解释测到的BOLD信号，自发活 动就会与人类行为相关 证据： 右侧运动区的自发活动可以解释动手实验中左侧运动区激 活与动手力量的关系 DLPFC的功能连接可以解释个体智商的差异
自发BOLD相关与解剖连接关系
猴动眼系统
Vincent et al., 2007
ReHo技术
ReHo：Zang et al., 2004 假设：脑活动以团块形式出现，而不是 单个体素 指标：KCC评价一个体素与其相邻体 素的时间序列的相似性 生理学意义：？ 观察发现：默认网络内的ReHo值最高
Raichle et al., 2001 Wang et al., 2009
第一章 影像诊断学总论
General Introduction of Diagnostic Imaging
第十节 功能磁共振成像
BOLD成像原理
脱氧血红蛋白为顺磁性，可缩短T2，造成MR信号强度降低 组织中脱氧血红蛋白的含量降低，磁共振信号强度上升 当神经细胞活动增强时，随即引发局部脑血流的上升 神经细胞激活时所导致的脑血流的增加幅度大于氧气消耗量的
为什么要研究BOLD信号的自发性波动？
能量代谢：人脑占体重的2%，耗氧量为20%；任务诱导 的代谢增加不足5%；绝大多数能量用于静息状态下的神经 元活动
经验观察：在静息状态下，左侧与右侧感觉运动区的自 发BOLD信号存在显著相关性，这种相关性也存在于运动 前区及SMA
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静息态fMRI信号与噪声
噪声来源：机械运动、生理波动（心跳、呼吸、脑脊液搏 动）、设备稳定性…… 去除噪声 提高采样率以减小心跳和呼吸等高频活动 同步记录生理波动 独立成分分析（ICA）技术 去除全脑均值、脑脊液及脑白质信号
Roebroeck et al., Neuroimage 2005
Dynamic causal modelling (DCM)
Friston et al., Neuroimage 2003
PPI
研究两个远隔脑区活动的相关性 是否因心理状态不同而不同 既心理状态与功能连接有无交互 作用
Harvey et al., 2011
基于ICA的功能连接分析
Xuan et al., Plos One 2012
Wang et al., Neuroimage 2013
基于ICA的功能连接分析
Zhang et al., Sleep 2013
Song et al., Plos One 2013
脑功能网络分析
Bullmore and Sporns, 2009
静息态fMRI研究方法
局部脑活动分析
ReHo和ALFF
功能连接分析
单ROI和多ROI
脑功能网络分析
全脑网络分析和子网络分析
自发活动的起源
闭上双眼，保持不动，不要睡觉，不要思考具体问题 来自不受约束的行为或精神活动？
存在于不同静息状态、任务状态、睡眠状态、麻醉状态 存在于不同脑功能系统 任务诱导的激活有别于但叠加到自发活动 想象所致的脑活动模式有别于自发活动 自发活动与人类行为相关
Friston et al., 2011
GCM
线性多变量自回归模型进行 定量预测 无需先验解剖假设 用于探索性分析 受血液动力学特性的影响
Schippers et al., 2010
SEM
选择ROI 选择关系图 探索ROI之间的相互作用 不足：忽略重要脑区时会导致错 误结果
Zhuang et al., 2008
DCM
输入是已知的而不是随机的 研究输入对脑活动及脑连接的影响 验证具体假设，不适合探索性分析 假设人脑是一个非线性、动态系统 双线性模型 Bayesian inference
Small-world network high clustering coefficients (Cp) short path leng来自百度文库h (Lp)
全脑网络分析 子网络分析
小世界网络属性
聚类系数（Cp）: 局部效率 最短路径长度（Lp）:并行处理能
力或全局效率 Gamma：标准化Cp Lambda: 标准化 Lp 节点中心性 (BC): 网络重要性
特点：简单、敏感、易解释 缺点：必须定义种子区、不能同时研究多个系统
、提取的波形并非独立变量
种子区功能连接分析
种子区功能连接分析
种子区功能连接分析
基于ICA的功能连接分析
优点：
不需要定义种子区 获得统计上独立的组份 每个组分对应于一个空间图（噪声、神经网络）
不足：
结果与主观确定的组分数有关 组分的生物学意义需要根据人为定义的标准确定 解释复杂
增加幅度 激活脑区最终表现为局部氧合水平升高，去氧血红蛋白浓度降
低，在磁共振图像上呈现亮信号
第十节 功能磁共振成像
BOLD成像原理
基于组块任务的fMRI
组块设计 fMRI
基于组块任务的fMRI
Fox and Raichle, 2007
事件相关fMRI
事件相关 fMRI
静息态fMRI技术
研究内容：BOLD信号的自发性波动，在基于任务的fMRI 实验中被当作噪声