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文献笔记2: Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation

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第一篇PET脑功能定位研究起,PET技术在脑功能成像研究中取得了巨大的成功。但PET本身的局限也使得人们在探索新的脑影像技术。PET的局限主要是两点:放射性和时间分辨率低。放射性自不必提。就时间分辨率讲,扫描一幅PET图像需要几分钟的时间。这就使得PET只能用来研究稳态的神经活动。

1990年,Ogawa提出可以使用MRI测量内生的血氧水平依赖信号 (BOLD)来间接测量脑活动 (Ogawa et al., 1990)。两年后,第一篇使用BOLD效应的人类fMRI文章发表 (Kwong et al., 1992)。fMRI最大的卖点自然是动态性,因此文章的标题特别强调了"dynamic"。文章最主要的实验是一个简单的视觉实验。值得一提的是,这篇文章也是第一个采用block design实验设计的fMRI研究。使用被试看视觉刺激时的fMRI图像减去基线时的图像,可以很清楚的显示出视皮层的激活 (下图左)。而更重要的是,如果提取视皮层的信号,还可以清楚的显示出视皮层活动随任务变化的动态过程 (下图右)。



此外,这篇文章还做了另外两个实验。实验二是使用兔子做的验证实验。实验操纵兔子呼吸的空气的O2和CO2的比率,并观测到BOLD发生随CO2含量变化。这表明了观测到的信号确实是对血氧水平敏感的信号。而实验三做了一个人类的手动任务,得到了运动皮层的激活。这表明所观测到的BOLD效应并不只局限于视皮层。

这篇文章背后有很多故事,可以在这里看到一些。更有意思的是,实际上在两个月里有三篇人类BOLD fMRI的研究相继发表。Ogawa先提出了BOLD信号的想法,随后包括Ogawa在内的三个组同时做人的BOLD成像。这时时间很重要。Kwong的文章发表在1992年6月的PNAS上,Ogawa的文章发表在7月号。但投稿日期Kwong只早了5天。但最早出版确是Milwaukee的 wisconsin  medical school的Bandettini等人的文章,在6月的Magnetic Resonance in Medicine。但仔细看投稿日期,Bandettini投稿最晚,但选择了MRM以求快速发表。不过所有人都承认idea是Ogawa的。

Bandettini PA, Wong EC, Hinks RS, Tikofsky RS, Hyde JS (199…