基于自发神经信号和血液动力学信号的静息态功能连接的研究

发布时间：2020-01-24 23:43

【摘要】：自发的低频血液动力学信号可以反映大脑静息态功能连接(Rest-state functional connectivity, RSFC),并且这种基于血液动力学信号的RSFC (hemodynamic RSFC, hRSFC)已经被广泛用来研究疾病。但是,目前对于这些自发血液动力学信号的潜在神经机制还不是很清楚。并且,大脑意识状态对RSFC的影响还需要进一步的研究。另外,hRSFC通过神经血管耦合机制来反映基于神经信号的RSFC (neural RSFC, nRSFC),而在神经血管不耦合情况下,hRSFC是否还可以反映nRSFC也需要进一步研究。 皮层扩散性抑制(Cortical spreading depression, CSD)是一种重要的病理模型,在很多疾病的发生中都起到了一定的作用,比如偏头痛、中风等。CSD只在单侧皮层传播,所以先前的研究只考虑了CSD对单侧皮层的影响,但是,CSD是否影响大脑双侧皮层之间的RSFC是不清楚的。并且,由于CSD会导致皮层上出现神经血管不耦合的现象,在诱发CSD之后比较hRSFC和nRSFC,将有利于理解在神经血管不耦合条件下hRSFC是否还可以反映nRSFC。 为了回答上述问题,我们以小鼠为实验对象,利用光学成像的方法测量了小鼠基于血液动力学信号的hRSFC和基于神经信号的nRSFC。其中,hRSFC是用光学内源信号(Optical intrinsic signal, OIS)成像进行测量, nRSFC是用电压敏感染料(Voltage sensitive dye, VSD)成像进行测量。 本论文的主要研究内容如下： (1)通过对基于血液动力学信号的hRSFC和基于神经信号的nRSFC进行比较,研究自发血液动力学信号的潜在神经机制。我们发现,用0.1-4Hz的VSD信号得到的nRSFC和用OIS成像得到的hRSFC具有最相似的空间模式,而用其它高频VSD信号(5-40Hz)得到的nRSFC一般只存在种子点附近,这说明慢皮层电势(即0.1-4Hz的神经信号)与自发血液动力学信号是紧密相关的,而高频神经信号对hRSFC基本没有贡献。进一步的比较可以发现,基于慢皮层电势的nRSFC的相关强度、对称性要显著小于基于血液动力学信号的hRSFC,这说明nRSFC和hRSFC存在一定的差异。 (2)通过增加麻醉深度来研究大脑意识状态对基于慢皮层电势的nRSFC和基于血液动力学信号的hRSFC的影响。我们发现,随着麻醉深度的增加,nRSFC和hRSFC都会减小,说明大脑意识状态能够影响静息态的功能连接。并且,当麻醉深度达到一定的水平(1.5%异氟烷),nRSFC依然定位在相应的功能区域,而hRSFC的空问模式变得发散,这说明nRSFC能够更准确地对功能连接的区域进行定位。 (3)在CSD引起的神经血管不耦合情况下,比较基于慢皮层电势的nRSFC和基于血液动力学信号的hRSFC。实验中,在小鼠单侧皮层上诱发CSD来产生神经血管不耦合。我们发现,在诱发CSD之后的1个小时内,不管是用VSD成像还是用OIS成像进行评价,小鼠双侧感觉皮层之间的相关性、双侧视觉皮层之间的相关性都会显著减小,但是用OIS成像进行评价时,双侧感觉皮层之间相关性减小的更明显；CSD同侧感觉皮层和视觉皮层之间的相关性、CSD对侧感觉皮层和视觉皮层之间的相关性都显著增加,但是用OIS成像进行评价时,CSD对侧感觉皮层和视觉皮层之间相关性增加的更明显。这说明,在神经血管不耦合情况下,nRSFC改变的程度比hRSFC更小。另外,利用OIS成像计算得到的空间相关性显著小于利用VSD成像计算得到的空间相关性,说明在神经血管不耦合情况下,nRSFC比hRSFC恢复的更快。上述结果表明,CSD改变了小鼠基于血液动力学信号的hRSFC和基于慢皮层电势的nRSFC,并且,在CSD引起的神经血管不耦合条件下,hRSFC与nRSFC有相似的变化趋势,但是nRSFC改变的程度更小、恢复的更快。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R338

【共引文献】

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本文编号：2572822