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

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 (1992). Time course EPI of human brain function during task activation. Magnetic Resonance in Medicine 25 (2), 390-397.
Kwong, K. K., Belliveau, J. W., Chesler, D. A., Goldberg, I. E., Weisskoff, R. M., Poncelet, B. P., … Turner, R. (1992). Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 89(12), 5675–5679.
Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., & Tank, D. W. (1990). Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 87(24), 9868–72.
Ogawa S, Tank DW, Menon R, Ellermann JM, Kim SG, Merkle H, Ugurbil K (1992). Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 Jul 1;89(13):5951-5.

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