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15.2T超高场磁共振助力检测神经信息流

来源:布鲁克 阅读数:160 时间:2021-04-22 09:13:13






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超高场MRI可以为理解生物过程开辟全新的途径


尽管当前大多数临床MRI 系统的工作场强都处于1.5 和3 特斯拉,小动物成像系统对于分辨率有着更高的要求。谱仪的灵敏度会随着场强的增加而增加,因此7 和9 特斯拉场强系统是目前临床前成像领域的标准。除此之外,从11.7 到21 特斯拉的临床前超高场MRI 系统可以满足最高灵敏度的特定应用。

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布鲁克15.2T超高场磁共振成像效果


布鲁克研发的超高场MRI 系统可应用于多种成像方法和应用,包括MR波谱(MRS)、BOLD功能MRI(fMRI)、化学交换饱和转移(CEST)、敏感性加权成像(SWI)和定量敏感性图谱(QSM)。这种灵敏度显著提升的技术有着更高的信噪比,有助于获得更高的分辨率并显著缩短扫描时间,增强活体动物实验的稳定性和效率。

对于BOLD fMRI 来说,超高场强提升的磁敏感度转化为更显著的BOLD 信号变化,大大提升了fMRI 实验水平,助力科学家进一步了解健康和疾病中的大脑功能变化。我们推荐您阅读一篇刊登于今年3月《美国国家科学院院刊》的专题论文,深入了解早期fMRI 技术对体感和光遗传刺激的反应,是如何反映神经信息流情况的。

论文标题


《体感和光遗传刺激下的fMRI 早期响应信号反应神经信息流的情况(Early fMRI responses to somatosensory and optogenetic stimulation reflect neural information flow)》


论文摘要


血氧水平依赖性(BOLD)功能磁共振成像(fMRI)已被广泛用于定位大脑功能。为了进一步推进对大脑功能的理解,了解信息流的方向至关重要,如:丘脑皮层和皮层丘脑投射。


此项工作中,我们利用15.2T 磁共振成像系统,开展小鼠前肢体感刺激和光遗传初级运动皮层刺激下超高时空分辨率的fMRI 体感运动网络研究。

体感刺激诱导下丘脑腹后外侧核最早出现BOLD响应,接着是初级体感皮层,然后是初级运动皮层和丘脑后核。

光遗传刺激初级运动皮层兴奋性神经元时,初级运动皮层最早出现BOLD 响应,接着是初级体感皮层,然后是丘脑腹后外侧核。

在初级体感皮层内,中间皮质层对体感刺激的反应早于上层或下层,而上层皮质层对初级运动皮层的光遗传刺激的反应早于其他两层。

早期BOLD 响应的时序与经典的体感运动网络连接一致,这种现象不能用高浓度二氧化碳刺激引起的血流动力学响应的区域性差异来解释。

我们的数据表明,BOLD 早期响应信号反应了小鼠体感运动网络的信息流,表明高场fMRI 可以用于系统水平脑功能网络分析。

研究的重要性


磁共振成像(MRI)已经彻底改变了神经科学家研究人类大脑功能和网络的方式。为了进一步推进对大脑功能的理解,确定信息流的方向是至关重要的,如丘脑皮层和皮层丘脑投射。


由于活动神经元附近微血管的早期血流动力学反应可以通过超高场fMRI 技术检测到,我们提出利用fMRI 反应的起始时间来辨别信息流。

通过观察麻醉小鼠初级运动皮层自下而上的体感刺激和自上而下的光遗传刺激的超高时空分辨率BOLD fMRI 反应,这种研究方法得到了证实。

因为越来越多的人可以使用超高场MRI 技术,超高时空的fMRI 将极大地促进对人类功能通路的调查。




论文来源:
  • Jung W B, Im G H, Jiang H, et al. Early fMRI responses to somatosensory and optogenetic stimulation reflect neural information flow[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021, 118(11).