视觉皮层血氧水平依赖性功能磁共振成像

摘要

来源： Galenchik-Chan, A., et al. 采用广视野视网膜定位刺激的视觉皮层功能磁共振成像（fMRI）. J. Vis. Exp. (2023).

该视频展示了利用功能磁共振成像（fMRI）对视觉皮层进行成像，以基于血氧水平映射神经活动。首先采集结构磁共振成像（MRI）图像作为解剖学参考，随后进行fMRI扫描。通过呈现视觉刺激激活视觉皮层中的视网膜拓扑神经元。这些被激活的神经元对能量的需求增加，促使富氧血液流入，使脱氧血红蛋白减少，从而增强fMRI信号以测量神经活动。

方案

所有涉及人类参与者的操作均按照机构、国家和国际关于人类福祉的指南进行，并已通过当地机构审查委员会的审查。

1. 受试者准备

1. 向受试者说明fMRI扫描的流程、风险和益处，并获得其知情同意。
2. 确保受试者不存在任何磁共振成像（MRI）禁忌症，包括筛查起搏器、金属植入物或幽闭恐惧症。如有任何疑虑，应咨询合格的放射科医师或研究人员；若疑虑仍存，应将该受试者排除于研究之外。
3. 说明视觉刺激方案，以及受试者在进行fMRI扫描期间需持续注视中央十字的重要性。向受试者展示一段简短的视觉刺激演示，以帮助其熟悉实验流程。
4. 将受试者小心地安置在磁共振成像（MRI）扫描仪的检查床上，确保其体位舒适并充分放松。提供耳塞和/或隔音耳机，以降低受试者所听到的声学噪声，保护其听力。
5. 将受试者的头部固定在头部线圈阵列的后半部分，使用头部两侧的泡沫垫确保头部充分固定，以减少运动伪影。利用扫描仪的定位系统，将检查床移入扫描仪孔内。
6. 将广角屏幕或镜子置于患者眼睛前方10 cm处（图1B将与扫描仪孔径尺寸相匹配的屏幕放置在扫描仪孔径后方、头部线圈的正后方。针对每位受试者调整镜子/屏幕的位置和角度，以获得一致的视野角度。
7. 确保受试者在整个扫描过程中保持舒适 通过 通过对讲机进行沟通。

2. 参与者的功能性磁共振成像扫描

1. 使用三个正交平面进行定位扫描，并对扫描仪进行频率调节和匀场校准。
2. 运行T1加权磁化准备快速梯度回波（MP-RAGE）解剖扫描，以辅助确定平面回波成像（EPI）层面的位置。
3. 使用行为或心理实验运行程序，按照以下步骤创建视觉刺激。
4. 在fMRI实验流程开始时，指导受试者注视位于灰底背景中央的白色十字（3° × 3°），持续10秒。
   注意：每个视觉刺激范式前后均会显示白色十字，每次持续10秒。因此，每个范式的总fMRI刺激测试时长为200秒。
5. 呈现第一种视觉刺激范式（一系列旋转楔形图），持续30秒（角速度为6°/s），共循环六个周期。楔形刺激应包含12帧旋转楔形图（一次顺时针旋转，一次逆时针旋转），延伸至屏幕/镜面边缘（>100°视野），并采用8 Hz对比度反转的黑白（100%对比度）棋盘格图案（图2A）。
6. 再次呈现白色十字，持续10秒。
7. 重复步骤2.4–2.6，使用第二种视觉刺激范式（一系列扩张和收缩的同心圆环），持续30秒（扩张或收缩速度为1.8°/s视野），共循环六个周期。环形刺激应包含八帧扩张或收缩的圆环（>100°视野），并采用8 Hz对比度反转的黑白（100%对比度）棋盘格图案（图2B）。
8. 完成fMRI扫描后，在指示受试者保持静止的同时，将检查床移出扫描孔。取下镜面/屏幕，安装头部线圈的前部并保留后部，再将检查床推回扫描仪中心位置。
9. 如有任何移动，需重新获取快速定位扫描，并使用全头线圈进行MP-RAGE扫描。
   注意：为实现准确的组分析配准和重建，需要获取使用全头线圈采集的解剖图像。

结果

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3T MRI 扫描仪	Siemens
6-32 尼龙圆头机械螺钉			用于将镜面/屏幕固定到杆上
8 通道头部阵列线圈	Siemens
丙烯酸镜面			宽度和长度为 25–30 cm
E-Prime	Psychology Software Tools		用于准备和呈现视觉刺激范式
背投屏幕			尺寸应至少与扫描仪孔径一样大