文献笔记1: Mapping human visual cortex with positron emission tomography.

之前一直以为这篇文章 (Fox et al., 1986)是第一篇使用功能成像技术定位脑功能的研究报告。但搜索文献后发现其实并不是。在20世纪80年代初已经有很多使用PET研究精神疾病的研究,比如 (Baxter et al., 1985)。Fox和Raichle在1984年也曾发表过文章研究视觉刺激呈现频率对视皮层局部脑血流量的影响 (Fox & Raichle, 1984)。但仔细读过这篇文章后,觉得这篇文章才更接近于目前意义上的脑成像研究。

首先是PET技术空间分辨率问题。更早的研究大都使用感兴趣区域分析,可能与PET技术固有的空间分辨率有关。虽然PET图像采集本身的分辨率可以达到几毫米,但由于放射性扩散和图像采集技术等的限制,PET图像的空间分辨率要低于1厘米。但Fox et al.认为,如果把PET图像扑捉到的神经活动看成一个点的空间概率分布函数,1厘米以上的概率分布宽度并不影响定位相距几毫米的神经区域。也就是说,如果两个神经区域的距离小于1厘米,通过合理的实验设计也是可以分别定位这两个区域的。理论上似乎好理解,但更主要的是要给出漂亮的结果。

于是这个研究给被试观看3种大小的视觉刺激。对每个被试分别记录了这三个条件以及相对应对照条件的的PET脑血流量图像。之前的动物研究和病人研究已经知道视野不同位置的刺激会激活视皮层的不同区域。与这些结果对应,这篇文章发现呈现在视野黄斑区的刺激激活最靠后的部分,而最外周刺激激活的区域最靠前 (下图b到d)。三个激活点在AC-PC轴方向的距离小于1厘米。但是位置差异还是可以很清楚的显示出来。



这篇文章的另一个重要贡献是提出设置对照条件,使用相减处理PET图像结果,以达到定位的目的。这基本打下了脑成像研究的逻辑基础:设计对照条件,相减和定位。这种研究思路一直是脑成像研究的主流。

如何设置对照条件是另一个问题。这篇文章的对照条件是“静息状态" (resting-state)。从心理学上讲静息状态并不是一个好的对照条件,因为和任务态的差别太大。但正是静息态作为对照条件的频繁使用,才使得Marcus Raichle后来可以定义一个在静息态时激活高、而在做各种任务时激活下降的默认网络 (Raichle et al., 2001)。

Baxter LR Jr, Phelps ME, Mazziotta JC, Schwartz JM, Gerner RH, Selin CE, Sumida RM (1985). Cerebral metabolic rates for glucose in mood disorders. Studies with positron emission tomography and fluorodeoxyglucose F 18. Arch Gen Psychiatry 42(5):441-7.

Fox PT, Mintun MA, Raichle ME, Miezin FM, Allman JM, Van Essen DC (1986). Mapping human visual cortex with positron emission tomography. Nature, 323(6091), 806–9.

Fox PT, Raichle ME (1984). Stimulus rate dependence of regional cerebral blood flow in human striate cortex, demonstrated by positron emission tomography. J Neurophysiol 51(5):1109-20.

Raichle ME, MacLeod AM, Snyder AZ, Powers WJ, Gusnard DA, & Shulman GL (2001). A default mode of brain function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98(2), 676–82.

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