脑功能磁共振成像数据的分析方法研究

        脑功能磁共振成像让我们可以直接观察人体大脑内活动情况变成了可能，为人们对脑的研究拥有了更加先进、更加精确的技术支持，同时，脑功能成像可以对一些无结构性的疾病，包括抑郁症、癫痫等，通过数据分析的方式找到它的病发区，为解决这类疾病提供了更好的信息支持，从而成为脑科学研究的前沿。本论文首先概述了功能性脑成像技术的原理及应用，脑功能成像技术是利用人在受到了一定的外界刺激或者做一些特定任务期间兴奋区域的血液状态发生了变化来识别不同的功能区，对不同的功能区进行定位，建立起刺激与应答之间的联系，以这样的方式为基础对人体大脑的功能进行研究。FMRI技术可以在一定程度上反映出人体大脑某些区域被激活的活动情况，从而可以进行功能皮层的定位。整个数据分析都是基于SPM这个软件实现的。最后我通过对没有受到听觉刺激和只受到了听觉刺激的脑功能核磁共振成像进行对比，进一步研究听觉在人体大脑皮层的的作用机制。我们通过实验得到了没有受到听觉刺激与受到了听觉刺激刺激的脑功能成像图，这两种不同情况下的脑功能成像有着一些惊人的相似之处。在实际听觉刺激中激活了听觉左区和听觉右区，而无听觉刺激没有激活听觉右区，只激活了听觉左区。

1引言

        FMRI技术产生于20世纪90年代,这门技术是在磁共振成像基础上发展起来的，功能性磁共振成像技术有3种方式，脑血流测定、脑代谢测定、神经纤维示踪技术。而我们在一般的研究中用到最多的脑功能成像方法为脑血流测定， 其中这种方法又包含了注射造影剂、弥散加权、灌注和血氧水平依赖成像等方法。现在最为流行的FMRI成像方法是血氧水平依赖成像即BOLD（Blood Oxygenation Level Dependent）成像技术，X的奥佳华最先提出了BOLD技术，X的明尼苏达大学、贝尔实验室、麻省总院、威斯康星大学在1991年也同样取得了研究结果。而在上个世纪90年代之后，FMRI技术开始在对人体的运动、学习、计算、思维等人体大脑的更加高级的功能得到广泛运用。
       FMRI是functional Magnetic Resonance Imaging的简称，中文名称为功能性磁共振成像。它所表达的意思就是在磁共振成像原来的基础上取得不同的人体大脑皮层活动的功能图像，然后对得到的被测试者产生的言语、图像、声音等刺激进行加工，从而对产生的不同的FMRI信号进行特定的分析，以此来确定这些不同的刺激与对应脑区之间的关系，从而达到可以分析人体大脑皮层分布的机制。FMRI技术就是通过MRI技术中对组织磁化高度敏感的特点来研究人体大脑的功能。
       因此，我们可以这样认为，FMRI是在一般的核磁共振成像（MRI）的基础上发展起来的一门新兴技术，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging， MRI）也称磁共振成像，是利用核磁共振原理加上空间定位的方法发展起来的。它通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，原子核在磁场中与电磁波相互作用,据此可以绘制成物体内部的结构图像。经常为人们所利用的原子核有： ¹H、¹¹B、¹³C、¹⁷O、¹⁹F、³¹P。
       听觉科学研究的重要内容是研究听觉神经认知机制，它的主要研究对象是听觉与大脑的关系，简要的说法就是研究听觉在人脑中的理解与产生的过程。但是我们的大脑被一层坚硬的颅骨包起来了，因此我们不可能通过肉眼来判断大脑处理听觉时的情况。听觉通过听觉理论的假设来构造人体大脑听觉模型进行认，但是这样的研究方向不能观察大脑实时处理听觉带来的信息。但是随着科技的进步，新的听觉科学研究技术已经被广泛用于听觉研究中，其中FMRI技术是被广泛应用的一种新的技术手段。
 

2 目前现状

       1991年，Belliveau等人在X麻省总医院首先报道了MRI对脑功能活动的敏感性他们通过在静脉内注射顺磁性的造影剂，首次利用光刺激获得了人类视觉皮层的功能磁共振图像1992年，Ogawa等直接利用血液中脱氧血红蛋白的顺磁性特点而不是注射造影剂进行了脑的FMRI目前FMRI主要应用领域有:临床、药物滥用和正常脑功能研究这些研究相辅相成，其研究所涉及到的学科主要有:神经生理学、神经生物学、认知科学、心理学、病理学和精神科学等，研究成果可以互相借鉴例如，正常脑功能的研究成果可以作为临床和药物滥用研究中的异常脑功能的对照，通过与正常脑功能的对比研究，为研究患者的异常脑功能和行为提供依据。
       目前，利用FMRI进行神经外科术前功能定位在国外已相当普及文献报道了利用FMRI在术前对运动皮层进行定位，作为定位方法在手术中得到了验证X麻省总医院利用FMRI对31例患有肿瘤、海绵状血管瘤、脑皮层萎缩和灰质异位移位的患者进行术前评估，并辅助术前计划的制定，取得了很好的手术效果，Maximilian等人利用FMRI技术对脑肿瘤患者在术前进行功能定位(主要是感知运动皮层和语言皮层)，并在术中利用直接电刺激的方法对定位精度进行了验证，结果表明，利用FMRI在术前进行功能定位是非常可靠的
        大约70%的病人在肿瘤的治疗过程中接受放疗放疗的目的就是最大限度地把放射能量集中在靶位上，从而使周围的重要功能区和正常组织的损害减到最小，在这一方面，FMRI可以对病变组织周围的功能定位起到关键的作用大量的临床应用表明，对肿瘤周围的主感觉运动皮层、辅助运动区、运动皮层、语言运动中枢等功能活动区进行飞FMRI的术前评价，与术中生理功能实验具有良好的一致性在改善神经病学上的紊乱治疗方面，FMRI同样具有广阔的应用前景，某些潜在的应用包括在对肿瘤或顽固性癫痈进行手术前，要对运动、语言和记忆等重要的功能皮层进行精确定位，确定手术入口，为最大限度地切除病灶，最小限度地减少对重要功能区域的损伤奠定基础。
       目前，FMRI在老年痴呆、帕金森综合征和精神分裂症等疑难病的早期诊断和治疗方面也有相关报道，但从总的应用情况看，这些应用尚处在临床应用研究阶段但有可能为最终揭不这些疾病的发病机制，并对这些疾病的早期诊断和治疗方面提供有力的支持另外，FMRI在对慢性和顽固性疼痛的发病机制以及治疗，对神经紊乱的生理学基础的揭不等诸多方面有广阔的应用前景。