用磁共振检测神经磁场：树突分支贡献的模型研究

发布时间：2019-12-05 06:37

【摘要】： 早在上个世纪90年代,功能磁共振成像(fMRI)技术就已经广泛应用于人脑组织的功能性研究。目前,fMRI技术是通过测量人脑特定区域的血液动力学参数,如血流量、血液含氧量等来推断人脑的神经生理活动,而并非直接测量其活动。这种间接性测量存在着诸多不足之处。首先,特定区域的脑血液动力学与神经生理活动的耦合关系是复杂且非线性的,因此区域脑血动力学并不能真实反映神经活动;其次,fMRI所观测到的血氧饱和度主要源自于血管的几何分布,但血管的分布与神经活动区域并非是完全重叠的,因而血氧饱和度的变化也并不是神经生理活动的可靠推断;第三,人脑血液动力学的响应时间(秒数量级)远慢于神经活动的响应时间(毫秒数量级),因而在时间上对神经活动的测量也受到限制。所有这些缺陷,使得当前以测量血液动力学为基础的fMRI的使用受到了限制,因此,如果我们能够通过MRI来直接检测神经生理活动,将可以弥补fMRI的不足。这里,我们首先构建神经元模型,并对神经元胞体和树突的电活动进行仿真;然后对每一个树突和每一个没有髓鞘的轴突都采用一个改进的电流偶极子模型来仿真,再以群体神经元的同步活动来计算其所产生的神经磁场(Neuronal Megnetic Field,NMF),最后测算由神经磁场引起的MRI信号的变化。结果表明,MRI信号的变化取决于活动树突磁场的强度、活动树突的几何形态(即方向和结构)和活动树突的数量。在NMF中,MRI幅值信号变化较为显著,其强度取决于NMF中平行于主磁场B0的分量Bn//;NMF引起的MRI相位信号变化并不显著,只有在活动的树突不对称的情况,也即非均匀时,才可能引起可测的相位变化。我们构建的模型表明,用MRI直接检测神经磁场是可行的。
【图文】：

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图 2-1 电流偶极子模型[34]细胞的平均行为可以被模拟成一个电流偶极量垂直于颅骨的神经细胞的活动,而 MEG 主要。由此也可以知道,脑电脑磁能互补地测量皮而产生的皮层电活动,参见图（2-2）。究来说，在球头导体模型时，如图（2-3）所示而只关心切向偶极子。通常，MEG 信号源的电，故对一个诱发刺激,大约有 106个突触会产生06个锥体细胞/ mm2，而每个细胞又有大约数千中有千分之一左右的突触发生同步响应，就相邻区域也可能存在方向相反的电流，，使产响应活动的皮层区域要大一些[1]。

示意图,发生原理,示意图

图 2-1 电流偶极子模型[34]一群这样的细胞的平均行为可以被模拟成一个电流偶极子产生的磁场EEG 主要是测量垂直于颅骨的神经细胞的活动,而 MEG 主要是测量平行于些细胞的活动。由此也可以知道,脑电脑磁能互补地测量皮层区域的锥体触后电位变化而产生的皮层电活动,参见图（2-2）。对于 MEG 研究来说，在球头导体模型时，如图（2-3）所示,径向偶极子场没有贡献，而只关心切向偶极子。通常，MEG 信号源的电流偶极子的偶10 nAm 的量级，故对一个诱发刺激,大约有 106个突触会产生同步的响应。约有 0.1×106个锥体细胞/ mm2，而每个细胞又有大约数千个突触，因此方毫米的皮层中有千分之一左右的突触发生同步响应，就产生了可探测信号[34]。在实际皮层的相邻区域也可能存在方向相反的电流，使产生的磁场会部于是实际同步响应活动的皮层区域要大一些[1]。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R312

【参考文献】