静息态功能磁共振BOLD信号高频特性研究

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基于静息态功能磁共振(resting-state functional magnetic resonance,rs-fMRI)血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)信号的脑功能研究已经成为认知神经科学的研究热点。以往绝大多数的rs-fMRI研究都关注低频信号(小于0.1赫兹),最近研究表明,rs-fMRI BOLD信号在高频段(大于0.1赫兹)也具有显著地同步活动特性。然而,目前还没有研究关注这种高频振荡在不同静息状态间的变化。为了尽可能减少BOLD信号中高频生理噪声的频谱混叠效应,本研究使用TR(repetition time)=400毫秒快速采样参数采集被试睁眼(无注视点)和闭眼两种静息状态的信号,研究rs-fMRI BOLD信号高频特性。我们比较两种状态间信号振幅的差异。结果发现,在0.01-0.1赫兹的低频段,有差异的脑区主要在视觉皮层,初级听觉皮层和初级感觉运动皮层。该结果和以往的低频研究结果一致。在0.1-0.35赫兹的高频段,我们发现振幅差异也是显著的。混淆变量(头动,白质,脑脊液等)对振幅差异的影响主要体现在高频。不回归混淆变量时,高频差异中出现很多噪声成分。混淆变量回归后,差异模式变的干净。可重复性分析发现,相对于闭眼,睁眼情况下显著降低的脑区是双侧的初级感觉运动皮层和辅助运动区,显著升高的脑区主要是左侧枕中回。更进一步地,我们将原始数据下采样至2秒后,比较两种采样率条件差睁眼闭眼差异的模式,结果表明,运用快速采样技术可以发现更多的差异脑区,并且发现较少的噪声成分。在研究二中,我们比较了不同混淆变量对睁眼闭眼高频振幅差异模式的影响。结果表明:每种混淆变量的回归都会明显减弱振幅差异中的噪声成分,其中头动混淆变量的回归效果最好。总结来说:1)我们采用快速采样技术发现rs-fMRI BOLD信号高频段(大于0.1赫兹)可以被不同状态调节,从而表明rs-fMRI BOLD高频信号具有潜在的生理意义;2)在使用快速采样技术的基础上回归混淆变量可以更好的发现高频信号在状态间的差异;3)不同混淆变量对高频信号的影响不同。
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