功能磁共振成像技术

 光激活磁共振脑功能成像技术

       功能磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术已经对神经生物学的发展做出了巨大的贡献,并仍具有强大潜力。新发展起来的光遗传学技术(Optogenetics),与 fMRI 结合的新方法——光激活磁共振脑功能成像(Optogenetic fMRI, ofMRI, opto-fMRI)的出现, 为 fMRI 技术更有效地推动神经生物学的发展,提供了契机。该技术能够通过选择性地控制大脑中特定类型的神经细胞的活动,实现对特定大脑网络中的某个或某些特定节点活动,获得相关神经网络的应答特性,从而解析相关网络的结构、功能、以及相关脑区在特定脑功能中的作用及其相互关系;同时,可以综合高时空精准的扰动与功能性血液动力学响应情况,用于分析神经活动、大脑能量代谢及其血氧水平依赖(Blood Oxygen Level Dependent, BOLD)信号之间的特征关系。
 

图1. 大鼠皮层中被光控病毒感染的原位区域被光激活所诱发的全脑BOLD响应(修改自Nature 465, 788-792, May, 2010| doi:10.1038/nature09108)

A. 病毒感染区域和光刺激区域模式图。B1. ChR2-EYFP在原位感染区域(运动皮层)的分布情况。B2. ChR2-EYFP在运动皮层投射区域丘脑的分布情况。C1. 不进行病毒感染的对照组在光刺激下没有产生正的BOLD信号。C2. 光激活运动皮层的投射神经元活动,在原位区域检测到可观的正BOLD信号(*,光刺激位点)。D. 运动皮层的神经活动能诱导丘脑的BOLD信号。其中C和D中的各片层分别在A中标出。
 

       但实际上, BOLD 信号来源与脑血流、脑血容、脑氧消耗代谢率、血管密度与尺寸、磁场强度等一系列的变化均有关系。而另一方面,神经活动与脑血流、脑血容和血氧饱和度间的关系也相当复杂,使得神经活动与 BOLD 信号的关系更为复杂。神经活动导致的局部血液动力学改变很可能是多种因素的综合结果。总之,神经活动与 BOLD 的关联性毋庸置疑,但二者间的具体作用机制还亟待研究。

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