DWI、DTI、BOLD-fMRI……
• 分子水平研究：MRS
BOLD（BLOOD OXYGENATION LEVEL DEPENDENT ）fMRI技术：
通过血氧水平改变产生的磁共振信号变化来反映脑区活动状况的功
能磁共振技术。
基础状态
激活状态 血流量增加 Hbr减少 MRI信号增高
正常血流
基础水平Hbr 基础水平MRI信号
0.01-0.08Hz
1.25 Hz
ALFF的生理意义 —一段时间内自发神经活动的“程度”
区域一致性（Regional Homogeneity ，ReHo) • 在一个功能区内时间序列的相似性或一致性
Similarity or coherence of the time courses
within a functional cluster. (Zang et al., 2004, NeuroImage)
BOLD-fMRI反映了什么？
BOLD-fMRI反映了什么？
BOLD信号的改变
血流动力学改变 ？ 神经元活动的改变
任务状态fMRI
• 组块设计（block design）
• 事件相关设计（event-related design）
• ……
任务状态功能磁共振的优点
• 可直接反映任务效应
• 个体研究
ReHo: 运动任务状态 VS.静息状态
Rest > Motor Motor > Rest
a)在运动任务状态下，双侧运动皮层的ReHo值高于静 息状态。 b) 在静息状态下，默认网络(PCC, MPFC, IPL)的ReHo值 较高(Raichle et al., 2001; Greicius et al., 2003)
静息态fMRI研究方法
• 功能连接
• 局部功能
• 脑网络
功能连接算法
• 相关分析Correlation: (Biswal et al., 1995; ……)
• 独立成分分析ICA: (Kiviniemi et al., 2003; van de Ven et
al., 2004; Greicius et al., 2004)
(Biswal et al., 1995, MRM)
静息态fMRI
任务相关fMRI
如何定义静息态
• 平躺，安静，无运动
• 闭眼或睁眼，未进入睡眠 • 无系统思维活动
静息态fMRI特点
• 设计简单，基线控制容易。
• 持续数分钟或更长。
• 研究持续的神经活动。
• 算法与任务状态fMRI有较大区别。
BOLD效应fMRI
• BOLD效应fMRI是基于神经元功能活动对局 部氧耗量和脑血流影响程度不匹配所导致 的局部磁场性质变化的原理。血红蛋白包 括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白，两种血 红蛋白以磁场有完全不同的影响。氧合血 红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影 响。去氧血红蛋白属顺磁物质，可产生横 向磁化弛豫时间（T2）缩短效应 （perferential T2 proton relaxation effect, PT2PRE）。
静息态脑功能磁共振简介
OUTLINE
• 脑科学研究现状
• BOLD-fMRI简介
• 静息态功能磁共振简介
• 静息态功能磁共振研究方法
脑科学研究方法
• 基础理论研究：细胞、分子、神经递质……
• 结构研究：常规MRI（灰质体积、灰质厚度、
灰质密度等）……
• 功能研究：EEG、MEG、PET、DSC、ASL、
基于感兴趣区
(PCC)的功能连
接
功能分割的研究
• rms, power spectrum, ALFF:(Biswal et al., 1995; Li et al., 2000; Kiviniemi et al., 2000; Zang et al., 2007)
• Regional Homogeneity:(Zang et al., 2004) • TCA:(Liu et alultiple Regressors:(Fransson, 2005)
任务状态功能磁共振的缺点
• 受任务设计的影响较大
• 需要较强的心理学背景
• 临床实用性不佳，很多任务病人无法完成 • 基线水平控制困难
没有任务刺激时，仍然存在BOLD信号的波动
Bilateral finger tapping (task vs. rest) Resting-state correlation of low frequency fluctuation (LFF, 0.01 – 0.08 Hz)
静息态fMRI研究意义
• 反映自发神经活动 (Logothetis et al., 2001,
Nature; Rauch et al., 2008, PNAS)
• 受多种生理和物理性噪声（呼吸，心跳等） 的影响 (Cordes et al., 2001; Birn et al., 2006; Goerke et al., 2005)
• Hierarchical Clustering: (Cordes et al., 2000; Salvador et al., 2005) • Self Organization Map: (Peltier et al., 2003) • …
实现方法
• 基于种子点的技术
—观察各种子点之间的时间同步性 —相关分析（cross-correlation） —偏相关(cross-coherence)
• Autoregressive Noise Model:(Cordes et al., 2005)
• Fractional Gaussian Noise:(Maxim et al., 2005)
低频振荡波幅(ALFF)
AMPLITUDE OF LOW FREQUENCY FLUCTUATION
TR 400 ms
• 因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加 权像信号减低。当神经无兴奋时，电活动 引起脑血流量显著增加，同时氧的消耗量 也增加，但增加幅度较低，其综合效应是 局部血液氧含量的增加，去氧血红蛋白的 含量减低，削弱了PT2PRE， T2加权像信 号增强。总之，神经元兴奋能引起局部T2 加权像信号增强，反过来就是T2加权像信 号能反映局部神经元的活动。这即BOLD效 应（ blood oxygenation level dependent）。