脑结构、脑功能与脑网络的可视化

脑网络主要由节点和边构成， 通过图论方法可以研究其网络 拓扑属性。
动物大脑神经网络

人类脑部内部连接
哈佛大学的教授杰夫·利希曼曾利用多种颜色的荧 光蛋白基因转移技术，绘制出了动物大脑的神经网 络图，这将有利于科学家对大脑工作方式进行更深 入研究。
③

脑电图
脑电图是通过精密的电子仪器，从 头皮上将脑部的自发性生物电位加以放 大记录而获得的图形，是通过电极记录 下来的脑细胞群的自发性、节律性电活 动。
三、脑网络可视化

目前国内外许多学者都开始了大脑与复杂网络相 结合的实证研究，他们分别利用神经解剖学数据、 弥散张量成像技术、脑电图技术、脑磁图技术、功 能性磁共振成像技术来采集数据建立大脑网络，运 用复杂网络观点，结合图论知识来进行分析，得出 了许多令人振奋的结果。如以解剖学为依据构建的 大脑结构性网络，发现具有小世界特征；而以fMRI 得到的数据构建的大脑网络具有无标度和小世界双 重特征。
二、脑功能可视化

目前脑功能成像技术主要有正电子发射型计 算机断层显像PET和功能磁共振成像fMRI，此 外，事件相关电位ERP、脑波谱MRS、脑电图 EEG、脑磁图MEG等功能成像技术逐渐得到 广泛应用。其中fMRI具有较高的空间分辨率 、EEG具有较高的时间分辨率。
① 血氧水平依赖功能磁共振成像-BOLD
④ 脑DTI

弥散张量成像依据水分子移动方向制图。弥散张量成像 图可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接，引导医疗人员 进行大脑手术。它还可以揭示同中风、多发性硬化症、 精神分裂症、阅读障碍有关的细微反常变化。
去除头皮、 颅骨
原始脑T1像
脑灰质
脑白质
脑脊液
a) 脑灰质差异显示
BrainNet View上显示脑灰质差异映射图
脑结构、功能与脑网络的可视化
Contents
一、脑结构可视化(Structural-wise) 二、脑功能可视化(Functional-wise) 三、脑网络可视化(Network-wise)
一、脑结构可视化
随着影像技术的发展，大脑结构可通过磁共 振MRI、弥散张量成像DTI、电脑断层CT、等形式 显示出来，为临床医生诊断疾病及科学研究提供了 有效的途径，脑结构的可视化技术大大提高了疾病 的确诊率。

利用脑活动区域局部血液中氧合血红蛋 白与去氧血红蛋白比例的变化所引起的 局部组织T2的改变，从而在T2加权像 上可以反映出脑组织局部活动功能的一 种MR成像技术，可用来研究大脑的皮 层活动.

Low-frequency fluctuations

Motor task fMRI and resting-state fMRI data
① T1结构像

T1观察解剖结构较好。 T1像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号就越 强；组织的T1越长，恢复越慢 ，信号越弱。
② T2结构像

T2观察组织病变较好。 T2像特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越强； 组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。
③ 脑CT

在头部外伤时，脑CT是最重要的影像学诊断方法。 脑CT可明确显示颅内肿瘤的数目、部位、大小、轮廓、 密度、瘤内出血、钙化以及扩散程度。检查速度快。
Xjview上显示的脑灰质差异渲染图
b)
对脑皮层和皮层下脑区进行分割
Freeview显示分割效果
(cortical) parcellation
(subcortical) segmentation
网瘾患者白质损伤区域以及与焦虑行为、网瘾程 度的相关性
网瘾者的大脑白质纤维 束出现轻微损伤。
利用磁共振扫描技术绘制人脑内部3D图
②
正电子发射型计算机断层显像PET
一些短寿命的物质，在衰变过程中释放出正电子，
一个正电子遇到另一个电子后发生湮灭，从而产生方向
相反（180度）的一对能量为511KeV的光子。这对光子 ，通过高度灵敏的照相机捕捉，并经计算机进行散射和 随机信息校正。经过对不同的正电子进行相同的分析处 理，可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。
大脑内部神经元
Байду номын сангаас大脑皮层
猴子大脑部分结构的3D图像

人脑神经纤维
科学家介绍称，在大脑发育的早期，神经纤维串接 后能够形成直线路径，并且表现出水平、垂直与交 叉的形式。
大脑神经纤维
科学家表示，人类大脑的内部远 非是一堆纷乱如麻的电线，它们更 像是带状电缆，就如同地球经纬一 样，具有一定的规律性结构。这种 网状结构是延续的，并且在所有范 围都是一致的，这种脑部结构不仅 仅适用于人类，其他灵长类动物也 同样是如此。