使用功能磁共振成像和弥散加权成像脑结构与功能分析

Summary

我们描述了一种新的方法，同时利用磁共振成像（MRI）脑功能和结构的分析。我们评估的大脑结构与高解析度的扩散加权成像和白质纤维束成像。与标准结构MRI不同的是，这些技术使我们能够直接相关的解剖大脑网络连接到功能特性的。

Abstract

复杂的计算系统的研究，有利于通过网络地图，如电路图。这种映射是特别的信息，为研究大脑的功能作用的主要是通过其连接到其他脑区的大脑区域，满足。在这份报告中，我们描述了一种新的，非侵入性的方式对有关的大脑结构和功能磁共振成像（MRI）。这种方法相结合的远程光纤连接成像和功能成像数据结构，说明在两个不同的认知领域，视觉注意和面对的看法。结构进行成像，弥散加权成像（DWI）和纤维束成像，追踪水分子的扩散，沿大脑中的白质纤维束（ 图1）。这些纤维束的可视化，我们能够调查的远程连接体系结构的大脑。结果比较favora的布莱在DWI，扩散张量成像（DTI）是最广泛使用的技术之一。 DTI是无法解决的纤维束的复杂的配置，限制了它的实用程序，用于建设详细，解剖的知情模型的大脑功能。相比之下，我们的分析重现称为神经解剖学的精度和准确度。这样的好处是部分原因是由于数据采集程序，而许多DTI协议的措施扩散少量的方向（ 例如 ，6或12），我们采用的扩散频谱成像^{（DSI）1，2}协议评估257个方向的扩散和在一个范围内的磁场梯度优势。此外，DSI数据使我们能够使用更复杂的方法重建采集的数据。在两个实验（视觉注意力和面孔识别），跟踪技术揭示了合作活跃的地区，人类的大脑解剖连接支持现存的假设，他们形成功能性的网络。 DWI使我们能够创建一个"电路二阿格拉姆"，并复制它以个人为主体的基础上，监​​测任务相关的大脑活动在网络的兴趣为目的。

Protocol

1。 MR数据采集设备

图2和图3中总结了数量的选择要在扩散MRI数据采集，数据重建，和纤维跟踪。请记住，这些选择通常涉及权衡，最好的选择可能取决于一个人的研究目标。例如，DSI和多壳HARDI（参见图2）通常使用较高的"b值"（ 即 ，强扩散加权）DTI。其结果是，这些方法有更好的角分辨率，这是必要的解决穿越或"接吻"纤维（ 即 ，纤维曲线朝向彼此，使得在一个单一的切线接触再次弯曲离开之前）。然而，这个增益角分辨率通常是在较低的信号-噪声比（SNR），EPI数据（ 图3）的成本实现。研究人员不妨考虑一下这种权衡的相关性，为他们的具体目标:如果一个研究集中在几个主要的纤维束的运动轨迹，不要交叉或并行运行的其他大片，然后一个方向的DTI扫描，高信噪比（SNR）是理想的。下纵束成像可能代表了这种情况。相比之下，SNR的损失可能是一个可接受的结果，如果一个研究者希望以跟随道通过复杂的口岸。

类似的权衡涉及头部运动的校正，涡流，和非线性的图像失真。 DWI协议使用回波平面成像（EPI， 见表1），这是容易受到磁场的不均匀性所造成的空气在鼻窦口袋，生理噪声，和其他因素^3。这些不均匀性导致不希望的图像失真，尤其是在颞叶和眶额叶皮质，从而降低了纤....

Discussion

高分辨率DWI和纤维束成像提供了一种强大的方法，为研究人类大脑的连接结构。在这里，我们目前的证据表明，这种结构性的体系结构是有意义的脑功能，通过功能磁共振成像评估。通过使用跟踪技术种子基于fMRI的任务的激活，我们发现证据表明，合作活跃期间视觉注意的脑区解剖学connectedconsistent与功能性神经解剖学的先验知识（ 图7）。同样，面孔识别功能性神经解剖学是符合我们目前的结构连接的结果（ 图6）。解剖连接的知识是必要的，虽然不足够的，推断出一个直接在一个给定的任务的脑区之间（反之亦然 ）的功能性连接。在许多影像学研究中，结构和功能的直接连接被推断有问题的基础上的并发函数的单独信号激活。这样的推论忽略了其他的解释:例如，两个大脑区域可能会出现活跃，因为他们都有一个共同的输入，因为全球的神经调节影响的实验设计不控制，甚至是因为一个共同的噪声源，如头运动。 MR扩散跟踪技术提供融合远端脑区的动态功能之间的关系，确认可能的连接基板它们之间存在的证据。

纤维跟踪研究，用户应考虑的几个限制和警告。最.......