基于内源信号的脑光学成像系统的研制

基于内源信号的脑光学成像技术（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ） 是近年出现的研究脑功能的新技术。它因具有高空间分辨率,可连续长时间记录,使用简便, 费用较低等特点,成为在视觉,听觉以及其他各种脑功能研究的有力工具。本文介绍了国内第一套脑光学成像系统的设计和研制,以及用于视觉研究皮层功能方位柱研究的初步结果。     

应用基于内源信号的光学成像技术的视觉脑研究现状

基于脑内源信号的光学成像技术是近来国际上出现的一种脑功能成像方法。该技术既无毒,又具有较高的空间分辨率,因而被迅速应用于动物的视觉、听觉、体感皮层功能构筑的研究中。本文综述了这种光学脑功能成像在视觉脑研究方面所取得的重要进展,并分析了该方法与其他脑成像技术、微电极单细胞技术的关系。报道了国内自行研制第、套脑功能光学成像系统的研究工作,该系统已在猫初级视觉皮层不同深度获得了清晰的方位功能图,并已经和     

高时空分辨的脑功能光学成像研究进展

脑功能成像技术对深入分析脑的信息加工过程,揭示脑的高级功能至关重要,是目前国际研究热点,已经在神经科学研究和神经系统疾病的临床诊断方面取得了很大的进展.已有脑功能成像技术如:功能磁共振成像(fMRI)、正电子断层成像(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)等等,虽然已被成功用于脑功能研究,但是目前这些方法也存在着时间或空间分辨率不够的局限.比较而言,光学成像方法表现出其独特魅力.激光散斑衬比成像和内源信号光学成像由于能提供空间取样、时间分辨率及空间分辨率三者的最佳组合和不需加入外源性标记物等特点,与其他脑功能成像技术相比其优势可能更为突出.具有较高的时间和空间分辨率的这两种脑功能光学成像技术及其应用都取得了重大发展,成为研究脑皮层功能构筑和脑病理生理的有力工具.但是目前这两种成像方法也面临着一些挑战.     

光学神经成像研究进展

大脑功能的成像检测在认知神经科学领域具有极其重要的意义。现代光子学技术的发展为认知脑成像提供了新的研究手段,在神经系统信息处理机制研究中发挥重要作用。文章介绍了在神经元、神经元网络、特定脑皮层功能构筑以及系统与行为等不同层次开展神经系统信息处理机制研究的各种光学成像技术,包括多光子激发荧光显微成像、内源信号光学成像、激光散斑成像和近红外光学成像等,并评述了这些有特色的光学成像技术在多层次获取和分析神经信息中的研究进展。     

脑科学和脑功能MR成像

目的：在对大脑认知功能进行脑功能成像研究之中,随着磁共振成像技术的发展,人们现在可以对脑的认知功能,如视觉、运动、语言和记忆等功能中枢进行成像。本文首先介绍了脑科学的发展历程,并从脑功能MR成像的方法出发,分析了其成像机理,探讨了用脑功能MR成像为手段对脑科学—认知科学进行的方法研究,最后对脑功能MR成像应用于脑科学的研究作了展望。     

视皮层分区及其fMRI 研究进展

血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD—fMRI）作为一种无创、可精确定位的脑功能研究技术,已广泛应用于视觉系统的研究中,并取得了许多重要成果,本文就fMRI研究进展及其在大脑视觉皮层功能分区中的应用做一综述。     

编者按: 脑成像与脑网络

揭示脑的奥秘是人类面临的最大挑战之一。神经元是构成神经系统结构与功能的基本单位。神经元与神经元之间通过突触实现信息交互,并构成神经环路或神经网络。神经环路有局部的,也有跨脑区或长程的,甚至全脑尺度的。神经环路则是脑实现神经信息处理的基本单元。若干神经环路构成脑网络。脑网络研究已经成为脑功能与脑疾病研究领域的热点。 在国家自然科学基金委员会和科技部“973计划”等项目的支持下,我国科学家在这一领域已经开展了卓有成效的工作。2011年第393次香山科学会议“脑网络组及其临床应用的前沿科学问题”曾对此进行过比较深入的研讨。为促进对该领域现状及发展的了解,本期汇集了2篇述评和2篇研究论文,作为脑成像与脑网络专题发表,以飨读者。 利用9.4T功能磁共振成像(fMRI)获得轻度麻醉状态下大鼠静息状态及刺激激活的数据,通过互相关分析构建节点之间的相关系数矩阵并计算相应的网络参数,赖永秀等人报道了大鼠感觉运动系统静息态脑网络的研究成果,发现感觉运动系统在静息态时的脑网络具有小世界属性。 扩散磁共振成像(dMRI)的出现为大脑结构与功能研究提供了全新的检测手段,雷皓等报道了小动物高分辨扩散磁共振成像数据分析方法,为小动物脑dMRI研究提供了统一图像模板与完善的计算方法,对于检测神经纤维微观结构的变化,以及临床诊断,将具有极其重要的意义。 神经环路功能变化的实时在体监测是研究脑网络不可或缺的手段,曾绍群等评述了基于声光偏转器的快速无惯性随机扫描双光子显微成像技术的研究进展及发展趋势,指出该技术的进一步发展将为神经活动观测提供一种全新的方法,从而极大地推动脑科学研究的发展。 针对哺乳动物全脑的神经元网络成像,龚辉等从空间分辨率、探测范围、数据配准和成像速度等方面评述了光学显微水平全脑成像方法的研究进展,并讨论所面临的挑战。他们指出,要在全脑尺度获取突起水平分辨率的结构与功能数据,光学成像方法最为成熟。华中科技大学研制的MOST系统,率先获得了一系列高分辨率的完整大脑解剖数据集,该成果将在神经元网络的构建和脑功能与疾病研究中发挥重要作用。 我们期待更多、更好的有关脑成像与脑网络的论文发表,以更广泛和深入地促进我国脑科学研究领域的学术交流。     

功能磁共振视网膜皮层映射成像在视觉系统研究中的应用

功能磁共振视网膜皮层映射成像能提供关于视觉皮层的丰富信息,是研究生理及病理状态下视觉皮层定位以及功能特性的强有力工具。本文就该成像技术的原理、应用及前景作一综述。     

近红外光学成像技术及其在神经科学中的应用

近红外光学成像技术是近年发展起来的一种动态检测脑功能的方法。采用这种技术可以测量在脑活动时氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶等的变化,同时得到与刺激相关的细胞内和细胞外活动的改变。近红外光学成像技术的时间分辨率较高,并具有简便易行、价格低廉和无损伤性等特点,有望可以同时检测神经元活动、能量代谢以有血液动力学的变化。目前它已作为检验功能性磁共振成像原理的一种方法,并在认知神经科学和医学等的研究中得到越来越广泛的应用。     

综述: 光学显微水平全脑成像方法的研究进展

在全脑水平研究哺乳动物复杂的脑神经网络是现代脑科学的重要研究目标之一,但由于缺乏合适的研究方法,已有的研究还局限于高等动物的局部脑回路或低等动物的脑网络．为了实现大范围的高分辨三维成像,近10年来,发展出了一些光学显微成像新方法,已经或有希望应用于哺乳动物全脑的神经元网络成像研究中．本文对上述方法进行了归纳和比较,综述了各种成像技术在空间分辨率、探测范围、数据配准和成像速度等方面的性能表现及面临的挑战．     

光声成像及其在生物医学中的应用

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法,它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点,以超声探测器探测光声波代替光学成像中的光子检测,从原理上避开了光学散射的影响,可以提供高对比度和高分辨率的组织影像,为研究生物组织的结构形态、生理特征、代谢功能、病理特征等提供了重要手段,在生物医学临床诊断以及在体组织结构和功能成像领域具有广泛的应用前景.对光声成像技术的机理、光声成像技术和方法、光声图像重建算法以及光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍,希望有助于推动我国在该领域的科研和开发应用工作的迅速发展.     

人脑功能连通性研究进展

对人脑结构和功能的深入研究,已经要求脑成像技术不能仅仅局限于研究简单的脑功能定位问题,即寻找和定位与特定认知任务相关的某一块或者一组大脑皮层功能区,而必须研究分析各功能区间的动态功能连通和整合问题,即描述特定脑功能区域间的交互作用以及这些交互作用如何受认知任务的影响.已有几种非常规的脑成像技术和数据分析方法,包括时间相关性分析、心理生理交互作用(PPI)、结构方程模型(SEM)、动态因果模型(DCM)、弥散张量成像(DTI)等等,被成功用于人脑功能连通性和有效连通性的研究.脑功能连通性研究的发展,有利于深入理解人脑在系统水平上的动态运作方式,是今后认知神经科学发展的一个重要方向.     

针对脑内源光学信号的自适应中值滤波处理

具有高空间分辨率的脑内源性信号光学成像术是研究大脑皮层功能构筑的有力工具.针对非常微弱的内源性光学信号的提取,本文首先讨论了其噪声来源和基于生理结构原因的信号特征:然后根据由标准化处理得到的功能图像的二阶统计量分析结果,提出了自适应滤波窗口设计:使用非线性中值空域滤波,对含有不同特征的图像区域,分别采取不同的滤波窗口进...     

脑光学成像技术揭示的猫初级视皮层方位倾斜效应

方位倾斜效应（ｏｂｌｉｑｕｅ ｅｆｆｅｃｔ）是人类普遍存在的视觉心理效应。为了检测其神经基础,我们采用脑光学成像方法,对猫初级视觉皮层较大范围内的水平－垂直方位光栅刺激敏感区和倾斜方位光栅刺激敏感区的大小及其反应强度进行了定量分析。结果表明：水平－垂直敏感区比倾斜角敏感区面积大,平均差异为４．７％;水平－垂直方位刺激引起的反应强度整体上比倾斜角方位刺激大。以上结果澄清了以往一些电生理研究结果的不同     

大脑活动光子学检测中内源信号分析

现代的神经功能成像方法,比如ＰＥＴ、ｆＭＲＩ都是利用与活动相关的血液上的动力变化来间接取得脑部诱发电活动的。然而,在神经科学与生理学中,无损伤的大脑功能光子学检测技术正展现出它的优势而逐渐成为重要的神经成像方法［１］,其中内源信号在大脑活动光学成像中得到广泛应用。本文就近年来内源信号各成分及其光学特性的研究做一概述,探讨内源信号所揭示的生理过程,并提出其在脑研究领域中还有待深入探索的问题。     

肝脏免疫的活体显微光学成像研究进展

光学分子成像技术是在活体复杂的组织区域环境内细胞形态、运动与功能研究的最佳手段之一,极大地推进了免疫学的发展.肝脏是机体新陈代谢和解毒的重要器官,也被视为一个免疫器官.解析肝脏免疫基本特性和功能,对防治肝脏疾病以及全身性相关疾病具有重要意义.活体可视化研究肝脏区域生理或者病理状态下免疫应答,提供关键事件的多细胞参与及其彼此交互的时空动态信息,能极大地丰富对肝脏独特免疫反应的认知.本文将重点阐述目前活体肝脏成像的技术与方法以及光学显微成像技术,例如多光子激发显微成像与转盘共聚焦成像在肝脏免疫中的应用,并展望活体肝脏成像今后的发展方向和面临的机遇与挑战.     

综述与专论: 肝脏免疫的活体显微光学成像研究进展

光学分子成像技术是在活体复杂的组织区域环境内细胞形态、运动与功能研究的最佳手段之一,极大地推进了免疫学的发展．肝脏是机体新陈代谢和解毒的重要器官,也被视为一个免疫器官．解析肝脏免疫基本特性和功能,对防治肝脏疾病以及全身性相关疾病具有重要意义．活体可视化研究肝脏区域生理或者病理状态下免疫应答,提供关键事件的多细胞参与及其彼此交互的时空动态信息,能极大地丰富对肝脏独特免疫反应的认知．本文将重点阐述目前活体肝脏成像的技术与方法以及光学显微成像技术,例如多光子激发显微成像与转盘共聚焦成像在肝脏免疫中的应用,并展望活体肝脏成像今后的发展方向和面临的机遇与挑战．     

基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像

细胞作为生命体基本的结构和功能单元，在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展，科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识，但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少，而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息，因此对离体活细胞（简称活细胞）和活体生物组织细胞（简称活体细胞）中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级，传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构，因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中，受激发射损耗显微术（stimulated emission depletionmicroscopy,STED）由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力，非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究，而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展，已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展，介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料...     

抑郁症患者的脑CT灌注成像特征与认知功能的相关性

摘要 目的：探讨抑郁症患者的脑CT灌注成像特征与认知功能的相关性。方法：选取我院2020年1月到2023年1月收治的90例抑郁症患者作为研究对象,将其分为观察组,另选取同期来我院体检的90名健康志愿者作为对照组。收集所有受检者脑CT灌注成像检查数据,分析抑郁症患者的脑CT灌注成像特征,并建立受试者工作特征（ROC）曲线分析脑CT灌注成像对抑郁症的诊断效能。随后对观察组和对照组受检者均进行认知功能评估,其中包括连线检测（TMT）、视觉再生测验（VRT）、言语流畅性测验（VF）、数字广度测验（DST）以及数字符号测验（SDMT）,并分析脑CT灌注成像与抑郁症认知功能的相关性。结果：观察组与对照组受检者rCBV、rCBF、MTT、TIP、右枕叶、左枕叶、右颞叶、左颞叶、右顶叶、左顶叶CT值对比无明显差异（P＞0.05）,观察组与对照组受检者右额叶、左额叶CT值对比差异显著,观察组明显低于对照组（P＜0.05）;90例抑郁症患者经过汉密尔顿抑郁量表（HAMD）评估后分数均＞20分,确定存在抑郁症状,脑CT灌注成像与HAMD评分诊断抑郁症的准确性、灵敏度、特异性、阳性预测值和阴性预测值对比无明显差异（P＞0.05）,脑CT灌注成像的曲线下面积为83.89,最佳诊断着色界限值为82.53%,HAMD评分的曲线下面积为84.26,最佳诊断着色界限值为87.57%;观察组与对照组受检者连线提笔数、连线错误数、视觉再生检测结果对比无明显差异（P＞0.05）,观察组与对照组受检者连线、言语流畅性、数字广度、数字符号检测结果对比差异显著（P＜0.05）;Spearman相关分析结果表明：连线提笔数、连线错误数、视觉再生与脑CT灌注参数均无明显相关性（P＞0.05）,连线、言语流畅性、数字广度、数字符号与rCBV、rCBF、MTT、TIP、右枕叶、左枕叶、右颞叶、左颞叶、右顶叶、左顶叶CT值无明显相关性（P＞0.05）,连线与右额叶、左额叶CT值呈负相关（P＜0.05）,言语流畅性、数字广度、数字符号与右额叶、左额叶CT值呈正相关（P＜0.05）。结论：抑郁症患者的脑CT灌注成像与健康群体呈现差异,其中右额叶、左额叶差异情况最为显著,提示抑郁症患者可能存在大脑额叶功能改变,另外,抑郁症患者的大脑额叶功能与认知功能变化具有明显相关性。     

脑空间信息学——连接脑科学与类脑人工智能的桥梁

提出脑空间信息学是示踪、测量、分析、处理和呈现跨层次多尺度脑空间信息数据的一门综合与集成的科学.讨论了脑空间信息学的研究内容、技术体系和关键科学问题,分析了其学科定位,展望了其应用前景.以显微光学切片断层成像为核心的全脑网络可视化技术体系的建立,标志着脑空间信息学这一新兴交叉学科日臻成熟.基于具有明确时空尺度和位置信息的神经元类型、神经环路和网络、血管网络等三维精细脑结构与功能大数据,提取跨层次、多尺度的脑连接时空特征,脑空间信息学将帮助科学家更好地破译脑功能与脑疾病,并推动类脑人工智能的发展.