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7 9 4空坐匿堂苤壹2 Q!至!旦旦筻!鲞蔓堑朗堕堂!丛鲤!堡h i 些：出i：垫!，y 吐!：堕堡2 静息态脑功能磁共振的低频振荡信号及其应用进展姚群立滕皋军功能磁共振是目前研究人脑工作的有效手段。通过局部刺激诱导脑血氧水平的血液动力学改变，从而间接反应神经活动情况。大部分功能磁共振研究是通过比较刺激组和对照组(或者基线)血氧水平依赖(b l o o do x y g e n a t i o nl e v e l d e p e n d e n t，B O L D)信号强度的改变，因此对照组的精心设计能使得特殊刺激的神经活动信号改变显得更有意义。这样的功能分析方法使人们对脑基本功能的组织模块有了很大认识。但是，这些刺激任务模式的功能研究并不能完全解释清楚对脑功能网络结构的认识。反映不同区域脑神经同步生理活动的功能连接分析方法逐步应用于功能磁共振的激活研究。无刺激模式也称为静息态的功能磁共振研究是一种具有独特前景的功能网络分析方法，其基本原理是研究分析低频B O L D 振荡(1 0 w f r e q u e n c yB O L Df l u c t u a t i o n，L B F F)的时间一空间同步性。1 9 9 5 年B i s w a l 等首先观察到了缓慢振荡的B O L D 信号变化。这种低频波动(0 1H z)的确切机制并不清楚，但它被认为能反映混杂有非神经的生理活动和信号处理技术因素的自发性神经活动。近来出现了新的高级统计方法使得功能连接图能够充分显示健康脑或者疾病脑的脑功能结构。目前还没有明确的统一术语来描述功能连接图以得到自发的或者真正的脑激活状况，一般以静息态网络(r e s t i n g s t a t en e t w o r k s，R S N)来描述参考”J。功能连接图也可以通过任务设计或事件相关的功能磁共振显示而得到，但是真正的脑活动、任务完成程度和功能连接之间的相关性还是处于探索研究阶段一J。本文依据现有文献拟对L F B F 信号的神经基础、生理性混合成分、临床应用的潜在价值作回顾性分析综述。一、自发性L F B F 信号的分析方法L F B F 可以用频率，功率谱，时间一空间同步方式即功能相关来进行特征性描述，其中最常用的是功能相关分析方法。发展新的统计方法和提高纠正生理混淆因素的能力使功能连接分析法更加适用于分析静息态脑功能网络的研究目前对功能连接分析法是否是最好的分析方法还没有取得完全一致的意见。除了不同的统计方法，分析技术复杂程度的不同也会影D O I：1 03 7 6 0 c m 日-ji s s n0 3 7 6-2 4 9 12 0 1 12 50 1 8基金项目：国家重点基础研究发展9 7 3 计划项目(2 0 0 7 C B 5 1 2 3 0 3)；国家自然科学基金(N S F C#3 0 8 7 0 7 0 4)作者单位：2 1 0 0 0 9 南京，东南大学附属中大医院放射科江苏省分子影像与功能影像重点实验室通信作者：滕皋军，E m a i ：g j t e n g r i p 莉阻C O L t 综述响到感兴趣区域之问的网络分析结果。功能连接研究是相对简单而又非常有效，它是以脑内特定区域内选择种子区的方法进行兴趣区和非兴趣区之间功能连接相关程度的研究。目前，这技术已经扩展到在多个感兴趣区域之间通过多重检验校正计算各自之间的相关系数”，进而表明感兴趣区域之间的功能连接。这种分析方法的主要缺点是出现因技术不稳定，运动或生理性伪影等导致的假相关性，因此仔细降低噪声，生理性运动，心跳及呼吸等引起的假相关性是十分重要的预处理步骤。预处理过程中的滤波(0 0 1 f 0 0 8H z)通常用来降低甚至消除较高的生理性频率和磁共振仪器物理性极低的线性漂移。另外，通过运动校正，全脑平均，去除生理信息和非感兴趣区(白质和脑脊液)等方法降低甚至消除技术不稳定性和心跳呼吸频率的影响，将假相关性严格的控制在尽可能低的水平”。目前独立成分分析(i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s I C A)和其他数据分析技术在评估脑网络之间的功能连接中应用的越来越多”剖，其中噪声分离技术对去除心跳和呼吸非常有帮助，同时独立成分分析也能有效的在全脑水平降低高场磁共振中与呼吸心跳相关的预处理过程中难于去除的低频成分。但该分析技术目前面临的难题是如何确定独立分析区域的大小以避免主要功能网络的过渡扩大化，这对群体组间分析尤其重要，此外组间不同的信噪比对不同区域之间的相关性分析的影响目前还不清楚。二、自发性L F B F 信号的生理性混合成分功能磁共振信号的自发性波动和刺激诱导的信号改变其强度处于相同等级，也不能以图像信号噪声或扫描设备的不稳定性来加于解释，由脉冲序列、回波时间、磁场强度引起的信号变化在常规的功能磁共振信号上有非常相似的改变”1，同时血流和B O L D 信号的同步评估也显示血氧信号改变比血流信号改变对低频振荡(1 0 w f r e q u e n c yf l u c t u a t i o n s L F F)的影响大”。高场磁共振有利于低频振荡信号的研究，但由于场强的增高会增加生理性噪声及仪器的热效应，这容易导致低频振荡信号受到更大的影响“。目前发现的生理性噪声主要由特定范围的心跳和呼吸节律引起，早期文献报道通过对大样本的大鼠全脑平均信号 05H z 的静息态功能连接研究，发现此 05H z 的低频范围能把心跳波动的影响降低“。但最近亦有文献认为心跳和呼吸“3。“1 的低频节律能影响静息态的B O L D 信号。低频振荡是普遍性生理现象，在脑血管直径，血容量以及和氧代谢直接相关的脑血流量，组织氧代谢等都可直接观察到具有相似振荡频率的波动，这种波动的起源现在还不清万方数据生生匡堂盘查垫!生!旦!旦釜!鲞璺箜塑型世丛鲤壁些!：卫生i：垫!：!些!：堡垒!楚，但有可能和自动调节，肌源性波动或者代谢波动有关。由于和低频振荡频率具有相似的动态范围及B O L D 信号变化受到血流动力学的直接影响，动脉血管周期性的缓慢舒缩活动受到越来越多的重视。有人推测L F B F 反映血管的动态舒缩活动可能和通过脑血流循环介导的自主神经活动有关”。”1。在脑血管系统分布的大部分区域可以观察到血管舒缩性波动，这种波动目前被认为是对自主调节阈值的肌源性反应”o。控制条件下改变血管舒缩运动的L F B F 对照研究非常少，较早的研究显示高碳酸血症作为血管舒缩的刺激因子，能一过性的降低L F B F，这和多普勒血流仪检测结果相一致”7 ，因此平滑肌节律性舒缩运动也许有助于解释L F B F 信号变化，如果要系统的研究自发L F B F 信号与神经活动关系时更要注意降低甚至消除血管舒缩和其他的生理性混杂信号的影响。三、自发性L F B F 和神经活动之间的相关性研究目前有些间接证据支持L F B F 为神经活动的主要表现。直接比较活鼠和死鼠脑皮质不同深度的L F B F 差别，提示L F B F 直接和神经活动相关而活鼠脑拥有较高低频振荡强度则提示L F B F 可能受到生理性噪声的影响口“。而临床脑结构受到损伤、L F B F 降低的患者提示了更多的间接证据，表明L F B F 能反应脑功能网络连接“。通过对动物创伤性的脑电图(E E G)研究和人E E G f M R I 的联合研究，提示自发性L F B F 信号和神经生物电信号之间具有一定的直接关系，高频电活动中的蕴含着L F B F 信息J。对麻醉猴子进行创伤性研究时发现，电生理信号和B O L D 信号的具有同步性，这表明神经活动的缓慢波动和L F B F 具有一定的相关性1，同时提示信号变化与神经活动的1 波变化有关。而另外一些动物实验对麻醉大鼠和通过改变麻醉深度的静息态功能磁共振研究，并将研究结果和硬脑膜上的E E G 研究结果进行了同步比较，表明L F B F 与低频波带尤其8 波有关系，而与1 波变化无关，这种差异可能是由于两个研究中动物物种、检测技术以及麻醉方式的不同引起的。人脑表面E E G 的高频振荡和B O L D 信号波动强度改变有关联，但这种关联在人与人之间，人群和人群之间，甚至多个E E G 的功效谱和B O L D 波动强度之间也并不完全相同坤瑚1。人们也逐步注意到B O L D 信号活动和B 波功效之间的相关性啪。这些结果的差异可能主要是由于回归分析的限制和E E G 功能区划分的主观性不同所引起。将来的研究希望通过B O L D 的独立成分分析和E E G 功效分析技术的联合应用，从而区分网络独特电信号并且解释预想中脑网络之问的复杂联系。总之，目前有间接或直接证据来支持L F B F 能反应白发性神经活动，但两者之间相关联的确切机制还需要进一步的研究。四、自发性L F B F 信号在疾病中的应用尽管L F B F 的本质特性和分析方法的稳定性目前尚未完全确定，但在神经发育和神经变性的疾病研究中应用越来越多。作为新出现的诊断技术，最近几年内出现了较多临床疾病的相关研究报道，通过控制潜在的不利因素使得这些原始研究具有较好的重复性。然而早期的关于阿尔茨海默病(A D)和多发性硬化(m u l t i p l es c l e r o s i s)的研究是先假定功能连接存在潜在性缺陷”旧“，因此其不同兴趣区或者全脑范围内功能连接相关性均降低的研究结果受到研究者主观预期的影响。在对A D 的研究中，海马功能连接性的降低已经被注意到”o，并且在15T 磁共振上显示海马连接性降低具有较好的重复性”“。但也有文献报道轻度的A D 患者中以左侧海马为种子区时观察到功能连接性的轻度增高”。通过静息态功能连接研究的精神性疾病，文献报道主要有精神分裂症、重度抑郁症、注意力缺陷症和自闭症等。大多数对精神分裂症的研究是通过任务模式进行，应用独立分析法分析听觉异常的功能数据，发现精神分裂症患者功能网络中存在信号定位混乱、频率较高等特点”“。而抑郁症患者目前发现皮层边缘低频振荡信号较正常人明显降低mo，同时大量的非任务模式研究也发现抑郁症患者前扣带回和丘脑异常功能连接区的扩大”“。对儿童和成人注意力缺陷症的研究表明成人患者主要显示前扣带回皮质背侧和后扣带回皮质之间相关性降低”，而同时也在儿童患者中发现前扣带回皮质背侧和两侧丘脑，岛叶及脑干之间相关性增强”“。而Z a n g 等”用低频振幅幅度方法发现注意力缺陷的儿童局部脑区振幅幅度有增高和降低，认为振幅信号改变能反应自发性神经活动的变化。目前对局部的神经性疾病研究比较少，对猴子脑缺血模型的脑功能研究显示了病灶周边频率的降低和功能信号强度的增高1，临床对患者应用弥散张量(d i f f u s i o nt e n s o ri m a g i n e，D T I)技术和f c M R I 技术联合研究提示”“脑空问定位区域脑组织及其功能网络缺损与具体的空间定位出错行为具有紧密的相关性。而N a k a m u r a 等“研究提示脑外伤后脑组织修复过程中的脑功能网络与正常人脑网络相似。五、结论静息状态下脑B O L D 信号的时序在低频区间显示了明显的生理性信号，能反应自发性神经功能活动，分析L F B F的同步性需要系统性的脑功能连接分析方法，同时必须设法去除生理性的非神经性因素及非生理性的异常信号，从而得到有意义的研究结果。随着分析技术的发展，L F B F 在神经科学中的应用将更加广泛。目前的研究结果也提示功能连接分析法在临床应用中具有广阔的前景。参考文献1 B i s w a lB，Y e t k i nF Z，H a u g h m nV M，e ta lF u n c t i o n a lc o 皿e c t i v i t yi nt h em o t o Fc o d e xo fr e s t i n gh u m a nb r a i nu s i n ge c h o p l a n a rM R IM a g nR e s o nM e d，1 9 9 5，3 4：5 3 7 _ 5 4 12 D eL u c aM，S m i t hS，D eS l e f a n oN，e ta lB l o o do x y g e n a t i o nl e v e ld e p e n d e n tc o n t l a s tr e s t i n gs t a t en e t w o r k sa r er e l e v 皿tt of u n c t i o n a la c t i v i t yi nt h e o n i c a is e n s o r i m o t o rs y s t e mE x pB r a i nR e s 2 0 0 5，1 6 7：5 8 7-5 9 43 F o xM D R a i c h l eM ES p o n t a I l e o u sf l u c l u a t i 0 1 l si nb r a i na c t i v i t yo b s e e dw i t hf u n c t i o n a lm a g n e t i ci t e s o n a n e ci m a 粤n gN a tR e vN e u m s c i，2 0 0 7，8：7 0 0-7 1 14 W a n gK，L i a n gM，W a n gL，e ta lA h e m df u n c t i o n a lc o 皿e c t i v i t y万方数据1 7 主茔匡堂盘查垫!生!旦!旦莹!鲞整箜塑盟趟些!垦!磐：血垃!：垫!，!些!I：盟生堑l ne d yA l z l l d 珊竹sd j s e 昭。：a 螂咖g q b t e 删R Is“J d yH 哪B 面nM 8 p p，2 0 0 7，2 8：9 6 7-9 7 8 5 L u n dT E，M a d s e nK H，s l d a r o sK e tdN o n _ w h l l en d s ei n蹦R I：d 吨sm o d e I I i n gl l a v ea ni 1 p a c t?N e u r d m a g e，2 0 0 6，2 9：5 4 6 P a w e l ac P，B i s w dB B，c h 0Y R，e tdR e s d“g s 诅kf u n c d o I l a le m i v i t yo f m em tb r a l n M a g nR e M e d，2 0 0 8，5 9：1 0 2 l-1 0 2 9 7 D a u xJ s，R O I l l b o u bs A，B a 矗h o fF H c o D 苗蜘f忙s t i“铲t a kn e t w o r k s a c m s sh e d t l l ys u M e c bP r o cN a dA c a dS c iU S A，2 0 0 6，1 0 3：1 3 8 4 8 一1 3 8 5 3 8 D eL u c aM，B e c k 眦肌c F，D es t e f a n oN，科d 傩弛s n g8 t a l en e t w o c sd 曲T md i s t l n c tm o d e s0 f k n#一d i s t a l l c ei n t e m c t i 叩8i nt h eh b d nN l，2 0 0 6，2 9：1 3 5 9-1 3 6 7 9 K“8 rG，G k v e rG HP h y 喜1 0 l o 舀c mn 面n0 x y g e n m l o n s n i v ea 印e t i c 眦n c el m a g l n gM 8 9 I IR e s o nM e d，2 0 0 1，4 6：6 3 l 6 3 7 1 0 B l 昙w dB 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i l H，H eJ，秕dM R lo f8 p o t a n e o u s n l m t u m i o n sa n e r a c u t ec e r e b r dl s c h e m l ai nI 帕n h p d m a k sJM a 鼬R e s o nh I l a 再“g，2 0 0 7，2 6：I I l 2 一I I l 64 1N a k 锄u T aT，H m a 珂F G，B i s w dB BR 鹄6 碍N 咖诎P k 5 乱邺F O U o w i“gB m mI W u r yP b SO N E，2 0 0 9，4：e 8 2 2 0(收稿日期：2 0 1 l-0 3 2 0)(本文编辑：刘雪松)万方数据静息态脑功能磁共振的低频振荡信号及其应用进展静息态脑功能磁共振的低频振荡信号及其应用进展作者：姚群立，滕皋军作者单位：东南大学附属中大医院放射科江苏省分子影像与功能影像重点实验室,南京,210009刊名：中华医学杂志英文刊名：NATIONAL MEDICAL JOURNAL OF CHINA年，卷(期)：2011,91(25)本文链接：http:/