人脑功能成像分辨率新水平—7T磁共振实现外膝体功能分层和视皮层功能柱成像

  • 生物物理所教育处 (中国科学院生物物理研究所)
  • 创建于 2018-11-07
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  利用安装在中科院生物物理所的我国首台7T人体磁共振成像系统,研究者成功获得人脑外侧膝状体的功能分层和视皮层的功能柱成像,表明我国高分辨率人脑功能成像技术又登上一个新的台阶。

  外侧膝状体(外膝体)是皮层下视觉通路上重要的视觉核团,具有精细的分层结构,不同类型的神经元分离在不同的细胞层中,很适合研究与细胞通路相关的科学问题。通过7T高分辨率功能磁共振成像和针对特定细胞层的视觉刺激,生物物理所脑与认知科学国家重点实验室的研究人员首次观测到了人类外侧膝状体的功能分层,实现了在个体水平上准确区分外膝体中来自左右眼和大小细胞层的神经活动。 此前,对外膝体功能的了解仅限于麻醉动物。外膝体分层成像技术可用于研究人脑外膝体与注意等反馈调控相关的神经机制,对研究弱视、青光眼、发展性阅读障碍以及精神分裂等特定视觉通路相关的神经疾病也有重要意义。

  人脑外膝体左右眼分层放大图及三维重建

  皮层功能柱是大脑皮层基本的结构和功能单元,由数千个具有相似功能的神经元组成垂直皮层表面的柱状结构,宽度在0.5mm左右。例如在人脑的初级视皮层,单眼神经元聚集在一起形成眼优势柱, 主要处理来自单眼的视觉信号,左眼和右眼优势柱在皮层上呈条带状交替排列。 利用生物物理所7T超高场磁共振成像系统,通过改良的回波平面成像和稳态自由进动序列,可在亚毫米(0.5~0.8mm)的分辨率下获得稳定的眼优势柱功能图谱,并可以区分不同皮层深度下与前馈和反馈相关的神经活动。此技术可进一步用于探索不同类型的皮层功能柱及相应的视觉信息编码机制,以及与注意和意识等高级认知功能相关的神经机制。

  人脑眼优势柱图谱以及在皮层深度上的分布

  7T磁共振成像系统是继3T之后磁共振家族新的旗舰级机型,其信噪比、分辨率等关键指标比当前主流的3T系统有成倍的提高。在亚毫米尺度解析皮层功能柱、皮层亚层以及皮层下核团等精细结构以及功能单元的神经活动,对理解人脑的工作原理、病变机理以及启发类脑智能有重要价值。 经过数年的技术改造和软硬件研发,生物物理所的7T系统已发展成与脑磁、脑电等多种手段结合的大型脑成像研究平台。

 

 

责任编辑:黄巧