用磁共振檢測神經(jīng)磁場：樹突分支貢獻的模型研究.pdf

1、早在上個世紀(jì)90年代，功能磁共振成像（fMRI）技術(shù)就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人腦組織的功能性研究。目前，fMRI技術(shù)是通過測量人腦特定區(qū)域的血液動力學(xué)參數(shù)，如血流量、血液含氧量等來推斷人腦的神經(jīng)生理活動，而并非直接測量其活動。這種間接性測量存在著諸多不足之處。
　　首先，特定區(qū)域的腦血液動力學(xué)與神經(jīng)生理活動的耦合關(guān)系是復(fù)雜且非線性的，因此區(qū)域腦血動力學(xué)并不能真實反映神經(jīng)活動；其次，fMRI所觀測到的血氧飽和度主要源自于血管的幾何分布，但血

2、管的分布與神經(jīng)活動區(qū)域并非是完全重疊的，因而血氧飽和度的變化也并不是神經(jīng)生理活動的可靠推斷；第三，人腦血液動力學(xué)的響應(yīng)時間（秒數(shù)量級）遠(yuǎn)慢于神經(jīng)活動的響應(yīng)時間（毫秒數(shù)量級），因而在時間上對神經(jīng)活動的測量也受到限制。
　　所有這些缺陷，使得當(dāng)前以測量血液動力學(xué)為基礎(chǔ)的fMRI的使用受到了限制，因此，如果我們能夠通過 MRI來直接檢測神經(jīng)生理活動，將可以彌補 fMRI的不足。
　　這里，我們首先構(gòu)建神經(jīng)元模型，并對神經(jīng)元胞體和樹

3、突的電活動進行仿真；然后對每一個樹突和每一個沒有髓鞘的軸突都采用一個改進的電流偶極子模型來仿真，再以群體神經(jīng)元的同步活動來計算其所產(chǎn)生的神經(jīng)磁場（Neuronal Megnetic Field，NMF），最后測算由神經(jīng)磁場引起的MRI信號的變化。
　　結(jié)果表明，MRI信號的變化取決于活動樹突磁場的強度、活動樹突的幾何形態(tài)（即方向和結(jié)構(gòu)）和活動樹突的數(shù)量。在NMF中，MRI幅值信號變化較為顯著，其強度取決于NMF中平行于主磁場B0的