基于自發(fā)神經(jīng)信號和血液動力學(xué)信號的靜息態(tài)功能連接的研究.pdf

1、自發(fā)的低頻血液動力學(xué)信號可以反映大腦靜息態(tài)功能連接（Rest-state functional connectivity，RSFC），并且這種基于血液動力學(xué)信號的RSFC（hemodynamic RSFC，hRSFC）已經(jīng)被廣泛用來研究疾病。但是，目前對于這些自發(fā)血液動力學(xué)信號的潛在神經(jīng)機(jī)制還不是很清楚。并且，大腦意識狀態(tài)對RSFC的影響還需要進(jìn)一步的研究。另外，hRSFC通過神經(jīng)血管耦合機(jī)制來反映基于神經(jīng)信號的RSFC（neural

2、RSFC，nRSFC），而在神經(jīng)血管不耦合情況下，hRSFC是否還可以反映nRSFC也需要進(jìn)一步研究。
　　皮層擴(kuò)散性抑制（Cortical spreading depression，CSD）是一種重要的病理模型，在很多疾病的發(fā)生中都起到了一定的作用，比如偏頭痛、中風(fēng)等。CSD只在單側(cè)皮層傳播，所以先前的研究只考慮了CSD對單側(cè)皮層的影響，但是，CSD是否影響大腦雙側(cè)皮層之間的RSFC是不清楚的。并且，由于CSD會導(dǎo)致皮層上出現(xiàn)神

3、經(jīng)血管不耦合的現(xiàn)象，在誘發(fā)CSD之后比較hRSFC和nRSFC，將有利于理解在神經(jīng)血管不耦合條件下hRSFC是否還可以反映nRSFC。
　　為了回答上述問題，以小鼠為實(shí)驗(yàn)對象，利用光學(xué)成像的方法測量了小鼠基于血液動力學(xué)信號的hRSFC和基于神經(jīng)信號的nRSFC。其中，hRSFC是用光學(xué)內(nèi)源信號（Optical intrinsic signal，OIS）成像進(jìn)行測量，nRSFC是用電壓敏感染料（Voltage sensitive d

4、ye，VSD）成像進(jìn)行測量。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過對基于血液動力學(xué)信號的hRSFC和基于神經(jīng)信號的nRSFC進(jìn)行比較，研究自發(fā)血液動力學(xué)信號的潛在神經(jīng)機(jī)制。發(fā)現(xiàn)，用0.1~4Hz的VSD信號得到的nRSFC和用OIS成像得到的hRSFC具有最相似的空間模式，而用其它高頻VSD信號（5~40Hz）得到的nRSFC一般只存在種子點(diǎn)附近，這說明慢皮層電勢（即0.1~4Hz的神經(jīng)信號）與自發(fā)血液動力學(xué)信號是

5、緊密相關(guān)的，而高頻神經(jīng)信號對hRSFC基本沒有貢獻(xiàn)。進(jìn)一步的比較可以發(fā)現(xiàn)，基于慢皮層電勢的nRSFC的相關(guān)強(qiáng)度、對稱性要顯著小于基于血液動力學(xué)信號的hRSFC，這說明nRSFC和hRSFC存在一定的差異。
　　（2）通過增加麻醉深度來研究大腦意識狀態(tài)對基于慢皮層電勢的nRSFC和基于血液動力學(xué)信號的hRSFC的影響。發(fā)現(xiàn)，隨著麻醉深度的增加，nRSFC和hRSFC都會減小，說明大腦意識狀態(tài)能夠影響靜息態(tài)的功能連接。并且，當(dāng)麻醉深度

6、達(dá)到一定的水平（1.5％異氟烷），nRSFC依然定位在相應(yīng)的功能區(qū)域，而hRSFC的空間模式變得發(fā)散，這說明nRSFC能夠更準(zhǔn)確地對功能連接的區(qū)域進(jìn)行定位。
　　（3）在CSD引起的神經(jīng)血管不耦合情況下，比較基于慢皮層電勢的nRSFC和基于血液動力學(xué)信號的hRSFC。實(shí)驗(yàn)中，在小鼠單側(cè)皮層上誘發(fā)CSD來產(chǎn)生神經(jīng)血管不耦合。發(fā)現(xiàn)，在誘發(fā)CSD之后的1個小時內(nèi)，不管是用VSD成像還是用OIS成像進(jìn)行評價(jià)，小鼠雙側(cè)感覺皮層之間的相關(guān)性、

7、雙側(cè)視覺皮層之間的相關(guān)性都會顯著減小，但是用OIS成像進(jìn)行評價(jià)時，雙側(cè)感覺皮層之間相關(guān)性減小的更明顯；CSD同側(cè)感覺皮層和視覺皮層之間的相關(guān)性、CSD對側(cè)感覺皮層和視覺皮層之間的相關(guān)性都顯著增加，但是用OIS成像進(jìn)行評價(jià)時，CSD對側(cè)感覺皮層和視覺皮層之間相關(guān)性增加的更明顯。這說明，在神經(jīng)血管不耦合情況下，nRSFC改變的程度比hRSFC更小。另外，利用OIS成像計(jì)算得到的空間相關(guān)性顯著小于利用VSD成像計(jì)算得到的空間相關(guān)性，說明在神經(jīng)