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脑功能成像原理和技术翁旭初贾富仓（中国科学院心理研究所脑高级功能研究实验室，北京100101）目录引言第一节 常用脑功能成像技术简介1.1测量脑内化合物技术1.2测量脑局部代谢和血流变化的技术1.3测量脑内神经元活动的技术第二节 功能磁共振成像原理与技术2.1物理原理和成像技术2.2实验设计2.3数据处理第三节研究实例问题与展望参考文献引言20世纪70年代以来，相继诞生了各种无创伤或创伤性较小的测量活体人脑结构和功能的技术，其中大多数能把测量的结果用通过图像形式显示出来,这些技术统称为脑成像技术。
脑成像技术总体上可分为两大类。
一类主要用于脑结构静态特征的测量，如已在临床普遍应用的计算机辅助X线断层显像(CT, computerized tomography)和磁共振成像(MRI, magnetic resonance imaging)技术，两者均可显示正常头颅和脑组织的结构以及病变的直接或间接特征。
脑结构成像技术不但在临床实践中得到了广泛应用，而且可以借助该技术研究脑结构损伤和认知功能缺陷之间的的关系，为理解认知功能的脑结构基础提供了重要的研究手段。
但不管这些技术如何发展，本质上只能提供脑结构的静态信息，应用于认知神经科学研究有一定局限性。
另一类脑成像技术就是最近受到认知神经科学家普遍重视的脑功能成像技术。
与脑结构成像不同的是，这些技术可以动态地检测知体脑的生理活动，对当代认知神经科学的发展产生了深刻而巨大的影响。
脑功能成像技术发展非常迅速，迄今进入实用阶段的已有十几种。
根据所测量的内容，可以把脑功能成像技术分为三大类。
第一类是各种活体脑内化合物测量技术，这些技术也可看作特殊的神经化学研究技术，它们可定位、定量（或半定量）地测量活体人脑内各种生物分子的分布和代谢；第二类是非侵入性电生理技术，可实时测量活体脑内神经元的活动，但现有的技术只能测量大群神经元的总体活动，空间分辨率有限；第三类脑功能成像技术则通过测量神经元活动引起的次级反应（如局部葡萄糖代谢和血流、血氧变化等）研究与行为相关性的脑局部神经元的活动情况，这类技术的时间和空间分辨率已能在一定程序上满足认知神经科学研究的需要，受到了普遍的关注，这些技术也正是本章将要重点介绍的内容。
跨尺度脑影像研究方法介绍跨尺度脑影像研究方法是一种结合多种脑成像技术，从不同尺度探究大脑结构和功能的方法。
以下是一些常见的跨尺度脑影像研究方法的介绍：1. 结构磁共振成像（Structural MRI）：通过测量大脑的解剖结构，如灰质体积、白质纤维束和皮层厚度等，提供大脑结构的信息。
2. 功能磁共振成像（Functional MRI, fMRI）：用于测量大脑在执行任务或处于不同状态时的Blood-Oxygen-Level-Dependent (BOLD) 信号变化，从而研究大脑的功能活动。
3. 扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）：通过测量水分子在脑白质中的扩散情况，提供关于白质纤维束的方向和完整性的信息。
4. 动脉自旋标记（Arterial Spin Labeling, ASL）：一种磁共振成像技术，通过标记动脉血中的水分子，测量大脑的血流灌注情况。
5. 脑电图（Electroencephalography, EEG）：通过头皮电极记录大脑电活动，提供关于大脑神经元电活动的时间分辨率较高的信息。
6. 脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）：利用磁场感应器记录大脑神经元产生的磁场信号，提供与脑电图类似的信息，但具有更好的空间分辨率。
7. 正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography, PET）：通过注射放射性示踪剂，测量大脑的代谢活动或神经递质分布。
8. 光学成像技术：包括近红外光谱成像（Near-Infrared Spectroscopy, NIRS）和功能性光学成像（Functional Optical Imaging），用于测量大脑的血液动力学或代谢变化。
这些跨尺度脑影像研究方法可以单独或结合使用，以获取不同尺度下大脑结构和功能的信息。
综合分析这些多模态数据可以提供更全面的了解大脑的工作机制、神经网络连接和病理变化等。
AD患者脑功能偏侧性改变的静息态fMRI研究张乐乐;赵小虎;林起湘;席芊【摘要】目的采用功能磁共振技术,探讨阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者静息状态下的脑功能偏侧性的改变.方法实验数据均来自ADNI(Alzheimer disease Neuroimaging Initiative)数据库,以17例右利手阿尔茨海默病患者为研究对象,19例右利手正常老年人作为对照.将全脑灰质随机划分为左右半球对称的256对种子区,基于功能连接分析法计算偏侧性指数(laterality index,LI),量化分析静息态下脑功能偏侧性程度;计算0＜|LI|＜0.2、0.2≤|LI| ＜0.4、0.4≤|LI| ＜0.8、|LI| ≥0.8四段阈值下的左偏LI之和及右偏LI之和,探索AD患者较正常老年人静息状态下的脑功能偏侧性是否存在改变.结果对照组在0＜|LI| ＜0.2、0.2≤|LI| ＜0.4、0.4≤|LI| ＜0.8阈值内左右半球偏侧性未见明显不同,在|LI|≥0.8的阈值内表现出明显的差异,体现出显著的左侧优势(P =0.005);与对照组比较,AD患者在|LI| ≥0.8阈值内左侧优势消失(P=0.06),在0.4≤|LI| ＜0.8阈值内出现显著的右侧优势(P=0.03).结论对照组静息态脑功能存在一定的偏侧性,该偏侧性主要体现在偏侧性较强范围内(|LI|≥0.8),表现为左侧优势;AD组在偏侧性较强的范围内(0.8≤| LI|)左侧优势消失,可能是其特征性改变;AD组在偏侧性较弱的范围内(0.4≤|LI| ＜0.8)表现出右侧优势,可能是与认知有关的脑功能代偿所致.【期刊名称】《同济大学学报（医学版）》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P60-64,69)【关键词】静息态功能磁共振;功能连接;阿尔茨海默病;偏侧性指数【作者】张乐乐;赵小虎;林起湘;席芊【作者单位】同济大学附属同济医院影像科,上海200065;同济大学附属同济医院影像科,上海200065;北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室,北京100875;同济大学附属东方医院实验室,上海200120【正文语种】中文【中图分类】R445.2正常两大脑半球在解剖结构和功能上具有一定的偏侧性。
多模态脑影像数据分析与处理研究多模态脑影像数据分析及处理是神经科学研究中的重要组成部分。
随着神经影像技术的不断发展和人类对脑功能及其异常的研究日益深入，多个影像模态数据的组合分析成为了一个热门的研究方向。
该方法利用多个独立的神经影像数据源，通过交叉分析并获得更加准确而全面的信息，不仅可以提高诊断准确率，而且可以为治疗方法的设计提供指导。
本文旨在探讨多模态脑影像数据的处理方法及应用。
一、多模态脑影像数据的来源和技术目前，神经影像学技术包括结构像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、功能脑影像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）、电生理仪（Electroencephalogram，EEG）、磁放大器（Magnetoencephalography，MEG）等，它们各有所长并补充了彼此的信息。
MRI基于对身体组织对磁场的反应进行图像化，提供了脑组织结构的详细信息；fMRI可以根据血氧水平的变化来测量脑区的活动性；EEG和MEG可以直接记录神经元的电或磁脉冲物理事件。
这些技术结合应用，不仅可以获取脑结构和功能的多重特征，同时也可以及时识别疾病、指导治疗等，对于神经科学领域的研究及临床诊断均具有重要的意义。
二、多模态脑影像数据的整合与融合多模态数据处理中一个重要的问题是，如何将多个影像模态的信息整合在一起，满足不同模态下其对应脑区的空间匹配，并确定它们之间的相互关系。
对于不同的影像模态数据，常用的集成方法有空间转换、相互对准、特征提取和模态融合等。
空间转换方法常用于经过旋转、缩放、平移等Affine变换之后，通过分组相似性变换（Groupwise similarity transformation）等优化方法将不同模态数据对齐，即空间匹配问题。
在顶点网格的设置下，相互对齐方法可将功能脑成像（fMRI）和脑电图（EEG）相互对齐，以实现它们之间的高维链接和统一的分析框架。
[3] Hartigan JA.Clustering Alg orithm [M].New Y ork :W iley Press ,1975.1132129.[4] T alairach J ,T ournoux P.C oplanar S tereotaxic Atlas of the Human Brain[M].S tuttgart :Thieme M edical ,1988.[5] Hu ZH ,Wu YG,Chen FY,et al.AD RAT m odel applied in fMRI[J ].Acta Psychologica S inica ,2002,34(Suppl ):94295.胡正珲,吴义根,陈飞燕,等。
AD RAT 模型的fMRI 研究[J ].心理学报,2002,34(增刊):94295.[6] DeG root MH.Probability and S tatistics [M ].Chicag o :Addis on 2W esleyInc ,1975.B asic principle of SPM :an introduction-P art Ⅱ:applications to PET and fMRIWU Yi 2gen ,LI K e(K ey Laboratory o f Nuclear Analysis Techniques ,Institute o f High Energy Physics ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100039,China )[Abstract] The basic mathematic principle of the SP M was introduced in the first part of this essay.Then s ome useful application m odels in the PET and fMRI data set were em phasized in the second part of the paper.[K ey w ords] SP M;T om ography ,emission 2com puted ;Functional magnetic res onance imagingSPM 软件包数据处理原理简介———第二部分:应用于PET 及fMRI吴义根,李 可(中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室,北京 100039)[摘 要] 在本文第一部分介绍了SP M 软件包对数据进行预处理的基本数学原理后,此第二部分将重点介绍它在PET 和fMRI 数据处理中的一些具体应用模型。
人脑认知过程的功能性磁共振成像研究第一章：引言人脑认知过程一直被科学家们所关注。
随着功能性磁共振成像技术的发展，人们逐渐能够深入了解人脑认知的神经机制。
本文将介绍功能性磁共振成像技术在人脑认知研究中的应用，并探讨其在理解认知过程中的作用。
第二章：功能性磁共振成像技术概述功能性磁共振成像(fMRI)是一种通过血氧水平变化来测量脑活动的非侵入性技术。
它基于血液中的血红蛋白与氧结合程度的差异，通过磁场中的氢原子的共振信号来获得脑活动的图像。
第三章：人脑认知过程人脑认知过程是指人类在感知、注意、记忆、思考、决策等活动中的信息加工过程。
这个过程涉及多个脑区之间的协同作用，包括感知网络、默认模式网络、控制网络等。
第四章：功能性磁共振成像技术在认知过程中的应用功能性磁共振成像技术广泛应用于研究人脑认知过程。
通过记录脑区的活动变化，研究者能够揭示不同认知任务下神经网络的激活情况，并探究脑区之间的相互关系。
第五章：注意和工作记忆的功能性磁共振成像研究通过功能性磁共振成像技术，研究者可以研究人脑注意和工作记忆的认知过程。
注意是指人脑对外界信息的选择性关注，工作记忆则是人脑对短期信息的处理和维持。
通过fMRI技术，研究者可以观察到注意和工作记忆任务下特定脑区的激活情况，从而深入理解这两个认知过程的神经基础。
第六章：感知和语言的功能性磁共振成像研究感知过程涉及到人脑对外界刺激的感知和解释，而语言是人类思维和交流的基础。
通过功能性磁共振成像技术，研究者可以研究大脑在感知和语言任务中的激活模式，从而了解感知和语言的认知过程。
第七章：记忆和决策的功能性磁共振成像研究记忆是人类思维能力的重要组成部分，决策则是人脑在面临选择时做出的判断。
通过功能性磁共振成像技术，研究者可以研究人脑在记忆和决策任务中的激活情况，进一步探索这两个认知过程的神经机制。
第八章：功能性磁共振成像技术的局限性和未来发展功能性磁共振成像技术虽然在人脑认知研究中有诸多优势，但也存在一些局限性，例如空间分辨率不高、对运动敏感等。
脑科学研究中激光散斑成像技术的运用-医学技术论文-基础医学论文-医学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：激光散斑衬比成像（Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI）是一种非扫描式实时血流动力学成像技术，具有高分辨率、快速实时成像、非接触、仪器结构较简单等优势。
尽管由于深度分辨率的限制，LSCI主要用于浅表组织测量，但其在神经疾病、皮肤病等领域的基础研究及临床应用中展现出良好的应用潜力。
本文简要地介绍了激光散斑衬比成像技术的基本原理与技术进展，综述了其在脑卒中、吸毒成瘾、阿尔兹海默症等脑疾病以及其他脑科学应用中的研究进展，并展望了其发展前景。
关键词：激光散斑衬比成像; 血流动力学; 脑科学研究;Abstract：Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a powerful and simple non-scanning real-time hemodynamic imaging method, with the advantages of high spatial and temporal resolution, wide imaging field, high-speed imaging, low damage, relatively simple instrumentstructure. After decades of development, it already has had the ability to quantify flow changes with higher resolution. Although LSCI is limited to superficial tissue imaging due to the limitation of depth resolution, it has been playing an important role in the studies and clinical applications of biomedical fields such as dermatology and neurological disease research. This paper briefly introduces the basic principle, typical device and technical progress of LSCI, and reviews the recent progress in brain diseases such as stroke, drug addiction, Alzheimers disease and other applications of brain science. Finally, we discuss the prospects for development of LSCI in the study of brain science.Keyword：laser speckle contrast imaging; hemodynamic imaging; study of brain science;引言大脑的正常生理功能依赖于神经活动与血流动力学之间的紧密配合，这种机制称为神经血管耦合（neurovascular coupling, NVC）。
静息态功能核磁成像低频振荡振幅的计算fractional alff 1. 引言1.1 概述静息态功能核磁成像（Resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）是一种非侵入性的神经影像学技术，可用于研究大脑在静息状态下的功能连接与网络活动。
在过去的几十年里，rs-fMRI已经成为认知神经科学和临床神经科学领域中被广泛采用的工具。
近年来，越来越多的研究表明，在低频振荡振幅方面存在着大脑功能与疾病之间的关联。
低频振荡指的是0.01-0.1 Hz范围内的信号变化，而低频振荡振幅即为这一范围内信号强度的变化程度。
因此，通过计算低频振荡振幅可以提供有关大脑功能及其异常情况的重要信息。
本文将重点介绍计算fractional amplitude of low frequency fluctuations (fractional ALFF) 的方法，并探讨低频振荡振幅与脑功能之间的关系。
1.2 文章结构本文主要由五个部分组成。
首先，在引言部分将概述本文所要探讨和解决的问题以及研究重要性。
然后，在正文部分将详细介绍静息态功能核磁成像的原理和流程，并阐述低频振荡振幅的计算方法。
接下来，本文将着重讨论fractional ALFF 的计算方法，包括其在研究中所遇到的一些限制和挑战。
随后，在第四部分将探讨低频振荡振幅与脑功能之间的关系，并回顾已有的相关研究成果。
最后，在结论部分对本文进行总结，并展望fractional ALFF技术在未来的应用潜力。
1.3 目的本文的目标是综述静息态功能核磁成像中计算fractional ALFF的方法，并探索低频振荡振幅与脑功能之间的关联。
通过这篇文章，我们希望读者能够更好地了解fractional ALFF在神经科学领域中的应用，以及其在揭示大脑功能活动和异常情况方面的价值。
同时，为未来该领域内进一步开展相关研究提供指导和启发。
